一种紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器制造技术

本发明专利技术为一种紧凑型的线偏振，单频全光纤激光放大器，该光纤激光放大器由一个中心波长在1550nm，线宽5kHz的线偏振种子源激光器，一个保偏的1064/1550nm的波分复用器，两个保偏隔离器，1:99的Tap耦合器，一个保偏剥离器，一个(6+1)×1的保偏后向合束器，Er‑Yb共掺的高吸收，大模场的增益光纤，多个锁波长975nm的LD激光器以及输出端帽组成。通过采用了仅一级放大的后向泵浦结构和特殊的光纤盘绕和压紧方式，可以抑制SBS效应，实现高功率、人眼安全的线偏振，单频激光输出，而且结构紧凑，成本低廉，适合用于多普勒激光雷达测量和三维成像，相干通信，光原子钟等多种应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计到光纤
与激光
，特别涉及到超窄线宽，人眼安全的光纤激光放大器和激光雷达领域。
技术介绍
主振荡功率放大(MOPA)技术，就是采用性能优良的小功率激光器作为种子源，种子激光注入单级或多级光纤放大器系统，最终实现高功率放大的技术作为一种新型的技术，它的特点是输出激光的光束质量特性由种子源决定，而输出激光功率则由放大器增益决定，因此易获得光束质量好，功率高的激光输出。1.5um处的高功率单频光纤激光器在多普勒激光雷达，光学遥感，相干通信，光束合成，光原子钟等领域都有广泛应用。大多数报道的高功率单频线偏振光纤激光器要么使用了空间光学元件形成谐振腔，要么采用了复杂的多级主振荡放大(MOPA)结构来得到高功率。然而，自由空间的谐振腔结构不仅破坏了全光纤结构而且需要精确的校准，对使用环境要求高，轻微的震动就会引起高的ASE噪声，使得输出光束的线宽很容易增加到MHz量级，消光比也会恶化；而采用多级MOPA结构将一个微弱的种子源信号多级放大的方案，会增加激光器系统的复杂度，不仅增加成本而且很难保持高的消光比。因此在实际光纤激光系统中，单级的MOPA全光纤结构对种子激光信号各种特性的高保证的放大，无疑是最佳的一个选择。但是，kHz线宽的单频激光在单级的信号放大过程中，会不可避免在放大过程中产生受激布里渊散射(SBS)效应，就需要抑制SBS效应并且处理好整个光纤链路上产生的参与泵浦光，ASE光以及后向的SBS。但是，现有的技术不能有效地抑制SBS效应和实现高功率的单频激光的输出。
技术实现思路
本专利技术提供一种紧凑型的线偏振，单频全光纤激光放大器，该光纤激光放大器由一个中心波长在1550nm，线宽5kHz的线偏振种子源激光器，一个保偏的1064/1550nm的波分复用器，两个保偏隔离器，1:99的Tap耦合器，一个保偏剥离器，一个(6+1)*1的保偏后向合束器，Er-Yb共掺的高吸收，大模场的增益光纤，多个锁波长975nm的LD激光器以及输出端帽组成。通过采用了仅一级放大的后向泵浦结构和特殊的光纤盘绕和压紧方式，可以抑制SBS效应，实现20W以上高功率、人眼安全的线偏振，单频激光输出，而且结构紧凑，成本低廉，适合用于多普勒激光雷达测量和三维成像，相干通信，光原子钟等多种应用。本专利技术提供一种紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器，其特征在于：包含一个中心波长在1550nm，线宽5kHz的线偏振种子源激光器，输出功率约为30mW，一个保偏的1064/1550nm的波分复用器，两个保偏隔离器，1:99的Tap耦合器，一个保偏剥离器，一个(6+1)*1的保偏后向合束器，Er-Yb共掺的高吸收，大模场双包层增益光纤，多个锁波长975nm的LD泵浦源以及输出端帽组成。上述种子源激光器通过一个1064/1550nm的波分复用器将1550nm的种子源信号耦合进光路里，经过一个保偏隔离器后进入一个1:99的Tap耦合器，耦合器有四个端口，除了主光路上的输入端和输出端外，还分别有用于检测后向散射光的端口和在线监测前向输出功率的端口，采用后向泵浦结构，信号光在主放大级前端先是经过一个保偏剥离器后正向进入双包层增益光纤，同时六个锁波长975nm的LD泵浦源输出的泵浦光通过一个(6+1)×1的保偏后向合束器，反向进入增益光纤里对信号光进行放大，被放大后信号光从增益光纤输出后经过另一个保偏隔离器后再进入一个1:99的Tap耦合器，最后输出端是一个倾斜角6度的输出端帽。为了抑制SBS效应，采用沙漏型的光纤盘缠绕双包层增益光纤，结合与之配套的四个可调式的压力夹持器，用于随时在线调节施加在增益光纤上的应力大小，与之配套相应的可调式压力夹持器。可调式压力夹持器压片前端配合有与光纤盘曲率半径匹配的半圆形发热电阻片，可贴附在光纤外，可在光纤盘高度方向上产生温度梯度分布。光纤盘内部设计有与光纤盘曲率半径匹配的环形加热电阻，可贴附在光纤盘内壁上，可在光纤盘高度方向上产生温度梯度分布。该光纤激光放大器采用的是一级MOPA放大的后向泵浦结构，或采用二级或三级的MOPA放大结构。该光纤激光放大器采用(6+1)×1的保偏后向合束器实现后向泵浦；或采用(6+1)×1的保偏正向合束器进行前向泵浦；或采用(6+1)×1的保偏正向合束器与(6+1)×1的保偏后向合束器两种保偏合束器进行双向泵浦。本专利技术提出了单级后向泵浦的MOPA结构，可以提高SBS效应的阈值，并且设计了一种沙漏型光纤盘并配置多个可调式压力夹持器，用于随时在线调节施加在增益光纤上的应力大小，产生应力梯度来抑制SBS，与锥形盘相比，应力调节方式更为灵活多变，可以获取高功率的窄线宽，高消光比的线偏振输出光束。沙漏型光纤盘的优点还包含当采用双包层大模场光纤时，可以通过盘绕曲率半径的变化，优化光束质量。基于本方案开展了5kHZ线宽种子放大的实验研究，采用后向泵浦和双向泵浦均可以实现输出功率10W以上，实验过程中均为监测到明显的SBS后向回光。光束质量接近基模，偏振消光比>20dB。综上所述，本专利技术具备高功率线宽窄、高消光比、结构简单、成本低廉等显著优势。附图说明图1.窄线宽单频激光器结构图图2.漏斗形光纤盘结构图图3.可调式压力夹持器示意图图4.环形加热电阻片结构示意图图中：1、超窄线宽光纤激光种子源；2、1064/1550nmPMWDM；3、保偏高功率隔离器；4、1：99保偏Tap耦合器；5、后向SBS监测端口；6、前向输出功率监测端口；7、包层剥模器；8、大模场双包层高增益的Er-Yb共掺光纤；9、(6+1)×1的保偏后向合束器；10、锁波长975nmLD组列；11、端帽；12、光纤输入端；13、光纤输出端；14、沙漏型光纤盘；15、可调弹性压片；16配套光纤盘夹持器；17、环形加热电阻片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1:如图1是单级后向泵浦的MOPA结构，该方案采用一个5KHz的超窄线宽光纤激光器模块作为种子源，进行单级放大的后向泵浦MOPA结构来实现。首先该种子源通过一个1064/1550nm的波分复用耦合器(WDM)将1550nm的种子源信号耦合进光路里，经过一个保偏高功率隔离器后进入一个1:99的Tap耦合器，耦合器有四个端口，除了主光路上的输入端和输出端外，还分别有用于检测后向散射光的端口和在线监测前向输出功率的端口。为了有效抑制SBS效应，我们采用的是后向泵浦结构，所以信号光在主放大级前端先是经过一个包层模剥离器后正向进入增益光纤里，同时六个锁波长975nm的LD泵浦源输出的泵浦光通过一个反向保偏(6+1)×1光纤合束器，反向进入增益光纤里对信号光进行放大。被放大后信号光从增益光纤输出后经过一个高功率保偏隔离器后再进入一个1:99的Tap耦合器，最后输出端是一个倾斜角6度的输出端帽。Tap耦合器的后向抽头用于实时监测主放大级的反向SBS功率，一旦超过阈值，立即发出警报信号切断电源。整个激光系统采取自然空气对流方式制冷，无需任何制冷装置。如图2是沙漏型光纤盘结构，主放大级的增益光纤盘绕在这个光纤盘上，并安装上如图3所示的楔状的配套夹持器，用于固定光纤，同时夹持器上装有多个可以手动调节的弹性压片，可以在线调节对盘绕在光纤盘上增益光纤的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器，其特征在于：包含一个中心波长在1550nm，线宽5kHz的线偏振种子源激光器，一个保偏的1064/1550nm的波分复用器，两个保偏隔离器，1:99的Tap耦合器，一个保偏剥离器，一个(6+1)*1的保偏后向合束器，Er‑Yb共掺的高吸收，大模场双包层增益光纤，多个锁波长975nm的LD泵浦源以及输出端帽组成。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器，其特征在于：包含一个中心波长在1550nm，线宽5kHz的线偏振种子源激光器，一个保偏的1064/1550nm的波分复用器，两个保偏隔离器，1:99的Tap耦合器，一个保偏剥离器，一个(6+1)*1的保偏后向合束器，Er-Yb共掺的高吸收，大模场双包层增益光纤，多个锁波长975nm的LD泵浦源以及输出端帽组成。2.根据权利要求1所述的紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器，其特征在于：上述种子源激光器通过一个1064/1550nm的波分复用器将1550nm的种子源信号耦合进光路里，经过一个保偏隔离器后进入一个1:99的Tap耦合器，耦合器有四个端口，除了主光路上的输入端和输出端外，还分别有用于检测后向散射光的端口和在线监测前向输出功率的端口，采用后向泵浦结构，信号光在主放大级前端先是经过一个保偏剥离器后正向进入双包层增益光纤，同时六个锁波长975nm的LD泵浦源输出的泵浦光通过一个(6+1)×1的保偏后向合束器，反向进入增益光纤里对信号光进行放大，被放大后的信号光从增益光纤输出后经过另一个保偏隔离器后再进入一个1:99的Tap耦合器，最后输出端是一个倾斜角6度的输出端帽。3.根据权利要求1或2所述的紧凑型的线偏振单频全光纤激光放大器，其特征在于：采用沙漏型的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，蔡文俊，蔡岳，
申请(专利权)人：深圳番越光电有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44