一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于同带泵浦的复合腔结构高功率光纤振荡器系统。该振荡器采用同带泵浦方案，利用1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器泵浦复合腔结构光纤振荡器，获得高功率、高效率的光纤激光输出。通过同带泵浦方案，有效提高了注入的泵浦光源亮度，增加了泵浦光的注入功率，从而提高振荡器输出功率水平。同时，利用多对光栅级联构成复合腔结构，通过引入多个波长的光有效降低了光纤内非线性作用强度，并且缩短了非线性效应的有效作用长度，提高非线性效应阈值，从而实现振荡器更高输出功率水平。

A composite cavity structure fiber oscillator based on the same band pumping technique

The invention relates to a high power fiber oscillator system based on the same belt pumping compound cavity structure. The oscillator adopts the same band pumping scheme, pumping the compound cavity structure fiber oscillator with 1010nm ~ 1030nm band ytterbium doped fiber laser to obtain high power and high efficiency fiber laser output. Through the same band pumping scheme, the brightness of the injection pump light source is effectively increased, and the injection power of the pump light is increased, so that the output power level of the oscillator is improved. At the same time, to form a composite cavity structure using of cascaded grating, by introducing multiple wavelengths of light can effectively reduce the nonlinear effect of fiber strength, and shorten the length of the effective nonlinear effects, improve the threshold of nonlinear effect, so as to achieve a higher level of power output oscillator.

【技术实现步骤摘要】
一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器
本专利技术涉及一种光纤激光器，尤其是一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器。
技术介绍
光纤激光器以其光束质量好、转换效率高、结构稳定紧凑、热管理便利等优势，在激光医疗、生物工程、工业制造、国防建设等领域具有广阔应用前景。目前高功率光纤激光通常使用掺镱光纤实现，单纤单模输出功率已高达20kW，多模输出功率高达100kW。以上记录均由光纤放大器结构创造，而对于结构更加简单紧凑的光纤振荡器其最高功率在数千瓦量级，在1微米波段长波方向(>1120nm)最高功率仅为数百瓦。随着双包层光纤、光纤光栅等器件制作工艺的改进，光纤振荡器的功率不断提高，然而泵浦光源亮度不足、非线性效应、光纤热透镜效应等因素仍为其发展瓶颈。为了突破泵浦光源亮度对功率提升的限制，近年来研究人员提出同带泵浦方案，该方案首先利用常规半导体激光泵浦产生亮度较高的光纤激光，再以产生的激光继续泵浦产生亮度更高的光纤激光，这样通过二次泵浦过程有效提高了泵浦光源的亮度，增加了泵浦光的注入功率。同时，泵浦光与出射激光处于掺杂离子的同一能带中，其波长差较小，降低了能量转换过程中的量子亏损，可以缓解光纤内的热负担。因此同带泵浦方案在光纤激光更高功率输出方面表现出巨大优势。虽然同带泵浦方案具有较大的功率提升潜力，但是振荡器功率仍会受到非线性效应的制约。在光纤振荡器结构中，光纤内激光功率密度较高时容易产生受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应，导致大部分能量转移至斯托克斯光，不但影响了振荡器中信号光功率的增长，并且后向传输的斯托克斯光会对前级系统安全造成威胁。如果在振荡器中同时使用多对光栅构成复合腔，不仅通过引入多个波长的光有效降低了光纤内非线性作用强度，并且缩短了非线性效应的有效作用长度，提高非线性效应阈值，因此将能够实现振荡器更高输出功率水平。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于同带泵浦的复合腔结构高功率光纤振荡器。本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于同带泵浦技术的复合腔结构高功率光纤振荡器，利用半导体激光器泵浦，获得1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器，再利用其泵浦两对或多对光纤光栅构成的复合腔结构光纤振荡器，有效提高非线性效应阈值，实现更高功率的光纤激光输出。具体地，所述1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构包括依次连接的泵浦激光器、前级功率合束器、1010nm～1030nm高反光纤光栅、双包层掺镱光纤和1010nm～1030nm低反光纤光栅。所述复合腔结构光纤振荡器的结构包括功率合束器、依次连接的中心波长为λ1、λ2、……λn的高反光纤光栅、双包层掺镱光纤、双包层被动光纤、依次连接的中心波长为λn、……λ2、λ1的低反光纤光栅。其中，高反光纤光栅、低反光纤光栅的波长位于1微米波段范围，中心波长λ1、λ2、……λn依次递增(n≥2)，且相邻波长的波长间隔均在拉曼增益谱范围内。所述泵浦激光器可以是工作波长为976nm或915nm的半导体激光器。所述前级功率合束器可以是n×1的合束器(n为正整数)，且泵浦臂光纤应与前级泵浦激光器输出端的光纤相匹配。所述功率合束器可以是n×1的合束器(n为正整数)，且泵浦臂光纤应与1010nm～1030nm掺镱光纤激光器低反光纤光栅的光纤相匹配。所述复合腔结构光纤振荡器中的高反光纤光栅、低反光纤光栅的中心波长可以在1微米波段选择，同时满足在镱离子的发射谱范围内；高反光纤光栅与低反光纤光栅数量相同，且中心波长一一对应；光纤光栅数量可以为2对或多对光栅；波长相邻的光纤光栅，其波长间隔在拉曼增益谱范围内。计算公式：其中，Δυ为硅基质光纤中的拉曼频移，取值在13.2THz左右；c为光速。所述的复合腔结构光纤振荡器中的被动光纤，其长度有一定取值，也可以为0。本专利技术的工作工程是：首先利用半导体激光泵浦，获得中心波长在1010nm～1030nm的高功率掺镱光纤激光，将该激光作为泵浦源注入复合腔结构光纤振荡器。以两对光纤光栅组成的复合腔结构为例，由于光纤光栅的选频作用，在腔内的掺镱光纤中可产生两个波长的激光，即信号光与拉曼光。由于镱离子的增益特性，拉曼光在掺镱光纤中的增益较小，信号光在掺镱光纤中的增益较大。泵浦功率较低时，信号光首先起振并得到主要增益。而在被动光纤中，在拉曼效应的作用下，信号光将逐渐转换为拉曼光，实现高功率激光输出。多对光纤光栅级联的复合腔结构同理，通过多次拉曼频移最终可以得到高功率光纤激光输出。本专利技术的技术效果是：本专利技术利用1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器泵浦复合腔结构混合增益光纤振荡器，获得高功率、高效率的光纤激光输出。通过同带泵浦方案，有效提高了注入的泵浦光源亮度，增加了泵浦光的注入功率，从而提高激光器输出功率水平。同时，利用多对光纤光栅级联构成复合腔结构，通过引入多个波长的光有效降低了光纤内非线性作用强度，并且缩短了非线性效应的有效作用长度，提高非线性效应阈值，从而实现振荡器更高输出功率水平。附图说明图1为本专利技术中的用于同带泵浦的1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构示意图，图2为本专利技术中的基于同带泵浦的复合腔结构光纤激光器的结构示意图；其中各标号表示：1-1：1#泵浦激光器；1-2：2#泵浦激光器；1-3：3#泵浦激光器；1-4：4#泵浦激光器；1-5：5#泵浦激光器；1-6：6#泵浦激光器；1-7：7#泵浦激光器；1-8：前级功率合束器；1-9：1010nm～1030nm高反光纤光栅；1-10：双包层掺镱光纤；1-11：1010nm～1030nm低反光纤光栅；1-a：1#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；1-b：2#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；1-c：3#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；1-d：4#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；1-e：5#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；1-f：6#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；1-g：7#1010nm～1030nm掺镱光纤激光器；2：功率合束器；3：波长为λ1的高反光纤光栅：4：波长为λn的高反光纤光栅；5：双包层掺镱光纤；6：双包层被动光纤；7：波长为λn的低反光纤光栅；8：波长为λ1的低反光纤光栅。其中光栅数量可以为2对或多对，即n≥2。具体实施方式本专利技术利用1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器泵浦复合腔结构混合增益光纤振荡器，获得高功率、高效率的光纤激光输出。通过同带泵浦方案，有效解决了泵浦光源亮度不够的问题，增加了泵浦光的注入功率，从而提高振荡器输出功率水平。同时，利用多对光栅级联构成复合腔结构，通过引入多个波长的光有效降低了光纤内非线性作用强度，并且缩短了非线性效应的有效作用长度，提高非线性效应阈值，从而实现激光器更高输出功率水平。参照图1，本专利技术中用于同带泵浦的1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构示意图，所述基于1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构包括依次连接的泵浦激光器、前级功率合束器1-8、1010nm～1030nm高反光纤光栅1-9、双包层掺镱光纤1-10、1010nm～1030nm低反光纤光栅1-11。其中泵浦激光器为7个，分别为1#泵浦激光器1-1、2#泵浦激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器，其特征在于：利用半导体激光器泵浦，获得1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器，再使用其泵浦多对光纤光栅构成的复合腔结构光纤振荡器，有效提高非线性效应阈值，实现更高功率的光纤激光输出；所述1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构包括依次连接的泵浦激光器、前级功率合束器、1010nm～1030nm高反光纤光栅、双包层掺镱光纤和1010nm～1030nm低反光纤光栅；所述复合腔结构光纤振荡器的结构包括功率合束器、依次连接的中心波长为λ

【技术特征摘要】
1.一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器，其特征在于：利用半导体激光器泵浦，获得1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器，再使用其泵浦多对光纤光栅构成的复合腔结构光纤振荡器，有效提高非线性效应阈值，实现更高功率的光纤激光输出；所述1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构包括依次连接的泵浦激光器、前级功率合束器、1010nm～1030nm高反光纤光栅、双包层掺镱光纤和1010nm～1030nm低反光纤光栅；所述复合腔结构光纤振荡器的结构包括功率合束器、依次连接的中心波长为λ1、λ2、……λn的高反光纤光栅、双包层掺镱光纤、双包层被动光纤、依次连接的中心波长为λn、……λ2、λ1的低反光纤光栅，其中，高反光纤光栅、低反光纤光栅的波长位于1微米波段范围，中心波长λ1、λ2、……λn依次递增，n≥2，且相邻波长的波长间隔均在拉曼增益谱范围内。2.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器，其特征在于：所述泵浦激光器是工作波长为976nm或915nm的半导体激光器。3.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朴，陈薏竹，肖虎，张汉伟，许将明，冷进勇，吴坚，司磊，许晓军，陈金宝，刘泽金，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43