分布式侧面泵浦光纤光栅、制备装置、方法及光纤激光器与流程

本技术涉及光纤激光器，特别是涉及一种分布式侧面泵浦光纤光栅、制备装置、方法及光纤激光器。

背景技术：

1、光纤激光器是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，具有光束质量好、转换效率高、结构紧凑和热管理方面表现优异等优势，在军事国防、工业加工等领域有着广泛的应用。随着军事国防、工业加工等应用需求的深化，光纤激光器还需向更高功率方向发展。基于分布式侧面泵浦光纤的高功率光纤激光器是目前的研究热点之一，它可以不受光纤合束器性能的限制，同时还具备更均匀的热分布，在实现数万瓦功率单纤输出上具有独特的优势。

2、目前，由于无法在分布式侧面泵浦光纤上很好的刻制光栅，只能先刻写普通双包层光纤光栅，再将普通双包层光纤光栅与分布式侧面泵浦光纤进行熔接，集成得到光纤激光器中的振荡器（也可称为振荡腔），这一复杂的集成工序往往大大提升了光纤激光器的集成与工程化难度，且熔接点容易受到损伤，限制了振荡器的输出功率，影响光纤激光器的最终性能。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种分布式侧面泵浦光纤光栅、制备装置、方法及光纤激光器，可在分布式侧面泵浦光纤上刻写光栅，制备得到分布式侧面泵浦光纤光栅，避免在振荡器内出现熔接点，解决出现熔接点导致光纤激光器最终性能受到影响的问题。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案。

3、第一方面，本技术提供了一种分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置，所述分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置包括：旋转光纤夹具、三轴位移台、led照明部件、激光聚焦部件、ccd相机、飞秒激光器、光开关和控制部件，三轴位移台包括x轴位移台、y轴位移台和z轴位移台；

4、旋转光纤夹具安装在x轴位移台上；旋转光纤夹具用于夹持分布式侧面泵浦光纤，并带动分布式侧面泵浦光纤旋转；激光聚焦部件安装在z轴位移台上；三轴位移台用于带动分布式侧面泵浦光纤沿x轴方向和y轴方向移动，带动激光聚焦部件沿z轴方向移动；

5、led照明部件用于发出照明光，并将照明光入射至分布式侧面泵浦光纤，并将分布式侧面泵浦光纤对照明光进行透射或者反射所得到的出射光入射至ccd相机；ccd相机用于对出射光进行成像，得到拍摄图像；

6、飞秒激光器用于发出飞秒激光；光开关和激光聚焦部件按照飞秒激光的传输方向依次设置在飞秒激光器的出射光路上；光开关用于对飞秒激光进行选择性遮挡；激光聚焦部件用于将光开关出射的飞秒激光入射至分布式侧面泵浦光纤；

7、控制部件与旋转光纤夹具、三轴位移台、led照明部件、ccd相机、飞秒激光器和光开关驱动连接；控制部件用于在制备之前，控制led照明部件和ccd相机工作，基于ccd相机得到的拍摄图像控制旋转光纤夹具工作，直至分布式侧面泵浦光纤中的信号纤处于可制备位置；基于ccd相机得到的拍摄图像控制三轴位移台工作，直至飞秒激光的焦点或焦线处于分布式侧面泵浦光纤中的信号纤的纤芯；在制备时，控制飞秒激光器、光开关和三轴位移台工作，对信号纤进行刻写，直至在信号纤的第一端形成第一反射率光栅，在信号纤的第二端形成第二反射率光栅；其中，可制备位置为信号纤不被分布式侧面泵浦光纤中的泵浦纤所遮挡，能够对信号纤进行刻写的位置；第一反射率光栅的反射率大于第一预设值，第二反射率光栅的反射率小于第二预设值，第一预设值大于第二预设值。

8、可选地，当所述分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置基于直写法进行制备时，激光聚焦部件包括：浸油物镜；

9、当所述分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置基于光纤掩模板法进行制备时，激光聚焦部件包括：柱透镜和相位掩模板，柱透镜和相位掩模板按照飞秒激光的传输方向依次设置在飞秒激光器的出射光路上。

10、可选地，当激光聚焦部件包括柱透镜和相位掩模板时，led照明部件为第一led照明组件；第一led照明组件用于发出照明光；激光聚焦部件设置在第一led照明组件的出射光路上，激光聚焦部件用于将照明光入射至分布式侧面泵浦光纤，并将分布式侧面泵浦光纤对照明光进行反射所得到的反射光入射至ccd相机；ccd相机用于对反射光进行成像，得到拍摄图像；

11、当激光聚焦部件包括浸油物镜时，led照明部件为第二led照明组件；第二led照明组件用于发出照明光；激光聚焦部件用于将照明光穿过分布式侧面泵浦光纤后的透射光入射至ccd相机；ccd相机用于对透射光进行成像，得到拍摄图像。

12、可选地，所述分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置还包括：光衰减器、反射镜、第一二向色镜和第二二向色镜；

13、光衰减器、反射镜和第一二向色镜均位于光开关和激光聚焦部件之间，且光衰减器、反射镜和第一二向色镜按照飞秒激光的传输方向依次设置在飞秒激光器的出射光路上；

14、当led照明部件为第一led照明组件时，第一二向色镜和第二二向色镜均位于第一led照明组件和激光聚焦部件之间，且第二二向色镜和第一二向色镜按照照明光的传输方向依次设置在第一led照明组件的出射光路上；

15、当led照明部件为第二led照明组件时，第一二向色镜和第二二向色镜均位于激光聚焦部件和ccd相机之间，且第一二向色镜和第二二向色镜按照照明光穿过分布式侧面泵浦光纤后的透射光的传输方向依次设置；

16、第一二向色镜用于将飞秒激光反射至激光聚焦部件，将第一led照明组件发出的照明光透射至激光聚焦部件，将第一led照明组件发出的照明光的反射光透射至第二二向色镜，将第二led照明组件发出的照明光的透射光透射至第二二向色镜；第二二向色镜用于将第一led照明组件发出的照明光反射至第一二向色镜，将第一led照明组件发出的照明光的反射光透射至ccd相机，将第二led照明组件发出的照明光的透射光透射至ccd相机。

17、可选地，所述分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置还包括：y轴扫描振镜；

18、y轴扫描振镜位于光开关和激光聚焦部件之间，且y轴扫描振镜设置在飞秒激光器的出射光路上，控制部件与y轴扫描振镜驱动连接；y轴扫描振镜用于使飞秒激光入射到信号纤在y轴方向上的不同位置。

19、第二方面，本技术提供了一种分布式侧面泵浦光纤光栅的制备方法，应用于上述中任一项所述的分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置，所述分布式侧面泵浦光纤光栅的制备方法包括：

20、控制led照明部件和ccd相机工作；

21、获取ccd相机得到的拍摄图像，基于拍摄图像确定分布式侧面泵浦光纤中的信号纤是否处于可制备位置；基于拍摄图像确定飞秒激光的焦点或焦线是否位于分布式侧面泵浦光纤中的信号纤的纤芯位置；可制备位置为信号纤不被分布式侧面泵浦光纤中的泵浦纤所遮挡，能够对信号纤进行刻写的位置；

22、若否，则控制旋转光纤夹具工作，带动分布式侧面泵浦光纤旋转，控制三轴位移台工作，带动分布式侧面泵浦光纤移动，返回“获取ccd相机得到的拍摄图像”的步骤；

23、若是，则控制led照明部件和ccd相机停止工作，控制飞秒激光器、光开关和三轴位移台工作，对信号纤进行刻写，直至在信号纤的第一端形成第一反射率光栅，在信号纤的第二端形成第二反射率光栅；第一反射率光栅的反射率大于第一预设值，第二反射率光栅的反射率小于第二预设值，第一预设值大于第二预设值。

24、可选地，控制飞秒激光器、光开关和三轴位移台工作，对信号纤进行刻写，直至在信号纤的第一端形成第一反射率光栅，在信号纤的第二端形成第二反射率光栅，具体包括：

25、控制飞秒激光器工作；

26、控制光开关不允许飞秒激光通过，控制三轴位移台工作，带动分布式侧面泵浦光纤沿x轴方向移动，使飞秒激光能够入射至信号纤的待刻写栅面；待刻写栅面为第一反射率光栅和第二反射率光栅中的一个栅面；

27、控制光开关允许飞秒激光通过，控制三轴位移台工作，带动分布式侧面泵浦光纤沿y轴方向和z轴方向移动，对信号纤的待刻写栅面进行刻写；

28、判断第一反射率光栅和第二反射率光栅中的所有栅面是否均已刻写完成；

29、若是，则停止刻写，此时在信号纤的第一端形成第一反射率光栅，在信号纤的第二端形成第二反射率光栅；

30、若否，则选择第一反射率光栅和第二反射率光栅中的一个未刻写的栅面作为下一迭代的待刻写栅面，返回“控制光开关不允许飞秒激光通过”的步骤。

31、第三方面，本技术提供了一种分布式侧面泵浦光纤光栅，基于上述中任一项所述的分布式侧面泵浦光纤光栅的制备装置，采用上述中任一项所述的分布式侧面泵浦光纤光栅的制备方法制备得到，所述分布式侧面泵浦光纤光栅包括：外包层、信号纤和至少一根泵浦纤，信号纤和泵浦纤相贴合，外包层包覆信号纤和泵浦纤；

32、信号纤的第一端刻写有第一反射率光栅，信号纤的第二端刻写有第二反射率光栅；第一反射率光栅的反射率大于第一预设值，第二反射率光栅的反射率小于第二预设值，第一预设值大于第二预设值。

33、第四方面，本技术提供了一种光纤激光器，所述光纤激光器包括：一体化振荡器模块、滤光模块和放大模块；

34、一体化振荡器模块包括第一泵浦激光器和振荡器，振荡器采用上述的分布式侧面泵浦光纤光栅，第一泵浦激光器与分布式侧面泵浦光纤光栅中的泵浦纤相连接；

35、滤光模块的输入端与一体化振荡器模块的输出端相连接；滤光模块用于对一体化振荡器模块输出的激光进行滤光，得到滤光后激光；

36、放大模块的输入端与滤光模块的输出端相连接；放大模块用于对滤光模块输出的滤光后激光进行放大，得到放大后激光。

37、可选地，滤光模块包括依次连接的倾斜光栅和包层光滤除器；放大模块包括第二泵浦激光器和分布式侧面泵浦光纤，第二泵浦激光器与分布式侧面泵浦光纤中的泵浦纤相连接。

38、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

39、本技术提供了一种分布式侧面泵浦光纤光栅、制备装置、方法及光纤激光器，制备装置包括：旋转光纤夹具、三轴位移台、led照明部件、激光聚焦部件、ccd相机、飞秒激光器、光开关和控制部件。在制备之前，控制led照明部件和ccd相机工作，基于ccd相机得到的拍摄图像控制旋转光纤夹具工作，直至分布式侧面泵浦光纤中的信号纤处于可制备位置，可制备位置为信号纤不被分布式侧面泵浦光纤中的泵浦纤所遮挡，能够对信号纤进行刻写的位置，基于ccd相机得到的拍摄图像控制三轴位移台工作，直至飞秒激光的焦点或焦线处于分布式侧面泵浦光纤中的信号纤的纤芯。在制备时，控制飞秒激光器、光开关和三轴位移台工作，对信号纤进行刻写，直至在信号纤的第一端形成第一反射率光栅，在信号纤的第二端形成第二反射率光栅，第一反射率光栅的反射率大于第一预设值，第二反射率光栅的反射率小于第二预设值，第一预设值大于第二预设值。本技术通过创新设计制备装置，可在分布式侧面泵浦光纤上刻写光栅，制备得到分布式侧面泵浦光纤光栅，避免在振荡器内出现熔接点，解决出现熔接点导致光纤激光器最终性能受到影响的问题。