全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源制造技术

本发明专利技术公开了一种全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源，目的是提供一种基于双包层光纤和半导体激光器直接泵浦的高功率全光纤结构980nm波段超荧光光源。本发明专利技术由增益模块、两个泵浦模块、两个输出耦合端组成。增益模块由泵浦耦合模块和双包层掺镱光纤构成，泵浦耦合模块采用2个侧向泵浦合束器或K个多模光纤；两个泵浦模块均包含多个泵浦子模块，每个泵浦子模块是尾纤输出900nm～960nm波段的半导体激光器或合束结构；两个输出耦合端的输入端分别与增益模块的信号光输出端相连；本发明专利技术解决了纤芯泵浦对于输出功率的限制，解决了1030nm波段的自发放大辐射光场抑制问题和泵浦光耦合的问题。

【技术实现步骤摘要】
全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源
本专利技术涉及一种超荧光光源，尤其涉及一种工作波段在980nm附近(970nm～985nm)的全光纤结构的高功率超荧光光源。
技术介绍
超荧光光纤光源具有低时间相干性、良好的波长稳定性和宽谱输出特性，在光纤传感系统、光纤通信、光学层析及医用光学等领域有着广泛应用，特别是近年来，随着超荧光光纤光源的输出功率不断提升，这一宽谱光源也被应用于泵浦拉曼激光器和超连续谱光源。超荧光光纤光源具有的独特优势使其在工业加工和国防领域等领域也有着良好的应用前景。980nm波段超荧光光纤光源是一种新型超荧光光源，由于其在掺铒、镱光纤激光器等高功率激光器以及蓝光激光器等新型光源方面的应用而备受关注。现阶段，980nm波段超荧光光纤光源主要采用空间光耦合结构，不过，空间光耦合结构的问题在于光路调节精度要求高、稳定性和抗干扰能力差，工程化潜力有限。相比之下，全光纤结构具有结构紧凑轻便、稳定性好、抗干扰能力强等优点，在工程化方面较空间光耦合结构更具优势。不过实现全光纤结构980nm波段超荧光光源有以下两个难点：一是增益光纤结构较为特殊，现阶段，用于产生980nm波段超荧光光场的增益光纤为掺镱光纤，而掺镱光纤的增益特性决定了在产生980nm波段光场的同时，还会产生较为严重的1030nm波段的自发放大辐射光场，要抑制1030nm波段的光场，需要使用大纤芯包层比的掺镱光纤，而常规的双包层掺镱光纤很难满足要求，这就需要对掺镱光纤的结构进行设计；二是泵浦光耦合的困难，在超荧光光源中，需要使用泵浦信号合束器，不过，由于掺镱光纤的纤芯包层比较大，使得现阶段常见的用于端面泵浦的熔融拉锥泵浦信号合束器无法满足要求。能够解决这两个难点的一种可行方案是基于光纤波分复用器的纤芯泵浦方案。该方案利用波分复用器将泵浦光耦合到掺镱光纤的纤芯中，而纤芯泵浦也实现了接近于1的纤芯包层比，很好地满足了抑制1030nm波段自发放大辐射光场的要求。不过，该方案的问题在于纤芯泵浦方式严重限制了泵浦光耦合的功率，使得该方案输出功率水平只能达到百毫瓦量级，这非常不利于输出功率的提升。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有980nm超荧光光源的不足，提供一种基于双包层光纤和半导体激光器直接泵浦的高功率全光纤结构980nm波段超荧光光源。通过采用双包层光纤提高泵浦光耦合功率，解决纤芯泵浦对于输出功率的限制；通过采用大纤芯包层比的双包层光纤，解决1030nm波段的自发放大辐射光场抑制问题；通过采用侧面泵浦方式，解决泵浦光耦合的问题。本专利技术的技术方案是：本专利技术由增益模块、第一泵浦模块、第二泵浦模块、第一输出耦合端和第二输出耦合端组成。第一泵浦模块和第二泵浦模块分别与增益模块的泵浦光输入端相连。增益模块的信号光输出端分别与第一输出耦合端和第二输出耦合端相连。本专利技术中不同器件之间的连接是通过光纤熔接来实现的。本专利技术的增益模块由泵浦耦合模块和双包层掺镱光纤构成，泵浦光经泵浦耦合模块，从双包层掺镱光纤内包层的侧面耦合到双包层掺镱光纤中，并对双包层掺镱光纤纤芯中的镱离子进行泵浦，从而产生980nm波段的光场。双包层掺镱光纤的纤芯包层直径比(即纤芯直径除以内包层直径)应大于等于30％。增益模块有多个泵浦光输入端，有2个信号光输出端。泵浦耦合模块可采用两种技术方案。技术方案一如图2所示，泵浦耦合模块由第一侧向泵浦合束器和第二侧向泵浦合束器组成，第一侧向泵浦合束器和第二侧向泵浦合束器均是将泵浦光经由双包层光纤的内包层侧面，耦合到双包层光纤的内包层中的光纤器件，包含不少于1个泵浦光输入端、1个信号光输入端和1个输出端，比如：文献“ThomasTheeg,HakanSayinc,Neumann,LudgerOvermeyer,DietmarKracht,Pumpandsignalcombinerforbi-directionalpumpingofall-fiberlasersandamplifiers(全光纤激光器和放大器的泵浦信号合束器)，OpticsExpress(光学通讯)，2012年,20期，27卷，第28125-28141页”中第二部分及图1中描述的“side-pumpcombiner”(侧向泵浦合束器)结构，第一侧向泵浦合束器和第二侧向泵浦合束器的泵浦光输入端的数量可以相等，也可以不相等。第一侧向泵浦合束器的信号光输入端和第二侧向泵浦合束器的信号光输入端即为泵浦耦合模块的2个信号光输入端；第一侧向泵浦合束器的输出端和第二侧向泵浦合束器的输出端即为泵浦耦合模块的2个输出端；第一侧向泵浦合束器的N个泵浦光输入端和第二侧向泵浦合束器的M个泵浦光输入端即为泵浦耦合模块的泵浦光输入端(共N+M个)。第一侧向泵浦合束器的输出端和第二侧向泵浦合束器的输出端与双包层掺镱光纤的两端分别相连，泵浦耦合模块的N+M个泵浦光输入端即为增益模块的泵浦光输入端，泵浦耦合模块的2个信号光输入端即为增益模块的2个信号光输出端。N为第一侧向泵浦合束器的泵浦光输入端个数，M为第二侧向泵浦合束器的泵浦光输入端个数，M、N均为正整数。泵浦耦合模块也可采用如图3所示的技术方案二，即采用K个多模光纤，使得K个多模光纤的纤芯与双包层掺镱光纤内包层光学接触(K应为小于等于[π(1+R1/r1)]的自然数，其中，R1为双包层掺镱光纤内包层直径，r1为多模光纤的最小纤芯直径)，这样，泵浦耦合模块的K个多模光纤中传输的泵浦光，可以通过倏逝波耦合等光学接触方式，耦合到双包层掺镱光纤内包层中，从而泵浦双包层掺镱光纤纤芯中的镱离子产生980nm波段的光场。在该方案中，泵浦耦合模块的K个多模光纤的两端即为增益模块的泵浦光输入端(共2K个)，双包层掺镱光纤的两端即为增益模块的2个信号光输出端。本专利技术的第一泵浦模块和第二泵浦模块均包含多个泵浦子模块，第一泵浦模块和第二泵浦模块的泵浦子模块的数量和应小于等于泵浦耦合模块的泵浦光输入端的数量，泵浦耦合模块第一方案的泵浦光输入端数量为(N+M)，第二方案的泵浦光输入端数量为2K。泵浦子模块可以选用一个尾纤输出900nm～960nm波段的半导体激光器(如图2所示实施例一中的泵浦子模块211-216)，此时，半导体激光器的尾纤即为泵浦子模块的输出光纤；也可以采用公知的合束结构，即将多个尾纤输出900nm～960nm波段的尾纤输出半导体激光器经过至少一个光纤泵浦合束器合束到一根输出光纤(即为泵浦子模块的输出光纤)中(如图3所示实施例二中的泵浦子模块211)。构成第一泵浦模块的所有泵浦子模块的输出光纤即为第一泵浦模块的输出光纤，构成第二泵浦模块的所有泵浦子模块的输出光纤即为第二泵浦模块的输出光纤。第一泵浦模块的输出光纤与增益模块泵浦光输入端相连(若泵浦耦合模块采用第一方案，第一泵浦模块的输出光纤与增益模块的N个泵浦光输入端相连，若泵浦耦合模块采用第二方案，第一泵浦模块的输出光纤与增益模块的K个泵浦光输入端相连)，第二泵浦模块的输出光纤与增益模块泵浦光输入端相连(若泵浦耦合模块采用第一方案，第二泵浦模块的输出光纤与增益模块的另M个泵浦光输入端相连，若泵浦耦合模块采用第二方案，第二泵浦模块的输出光纤与增益模块的另K个泵浦光输入端相连)。第一泵浦模块和第二泵浦模块的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源，其特征在于全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源由增益模块(10)、第一泵浦模块(21)、第二泵浦模块(22)、第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)组成；第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)分别与增益模块(10)的泵浦光输入端相连，增益模块(10)的信号光输出端分别与第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)相连，不同器件之间的连接通过光纤熔接实现；增益模块(10)由泵浦耦合模块(11)和双包层掺镱光纤(12)构成，泵浦光经泵浦耦合模块(11)，从双包层掺镱光纤(12)内包层的侧面耦合到双包层掺镱光纤(12)中，并对双包层掺镱光纤(12)纤芯中的镱离子进行泵浦，从而产生980nm波段的光场；增益模块(10)有多个泵浦光输入端，有2个信号光输出端；第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)均包含多个泵浦子模块，第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)的泵浦子模块的数量和小于等于泵浦耦合模块(11)的泵浦光输入端的数量，第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)的输出光纤与增益模块(10)泵浦光输入端相连；第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)的输入端分别与增益模块(10)的信号光输出端相连，要求第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)的输入端光纤与增益模块信号光输出端光纤纤芯的直径相等。...

【技术特征摘要】
1.一种全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源，其特征在于全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源由增益模块(10)、第一泵浦模块(21)、第二泵浦模块(22)、第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)组成；第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)分别与增益模块(10)的泵浦光输入端相连，增益模块(10)的信号光输出端分别与第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)相连，不同器件之间的连接通过光纤熔接实现；增益模块(10)由泵浦耦合模块(11)和双包层掺镱光纤(12)构成，泵浦光经泵浦耦合模块(11)，从双包层掺镱光纤(12)内包层的侧面耦合到双包层掺镱光纤(12)中，并对双包层掺镱光纤(12)纤芯中的镱离子进行泵浦，从而产生980nm波段的光场；增益模块(10)有多个泵浦光输入端，有2个信号光输出端；第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)均包含多个泵浦子模块，第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)的泵浦子模块的数量和小于等于泵浦耦合模块(11)的泵浦光输入端的数量，第一泵浦模块(21)和第二泵浦模块(22)的输出光纤与增益模块(10)泵浦光输入端相连；第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)的输入端分别与增益模块(10)的信号光输出端相连，要求第一输出耦合端(31)和第二输出耦合端(32)的输入端光纤与增益模块信号光输出端光纤纤芯的直径相等。2.如权利要求1所述的全光纤结构980nm波段高功率超荧光光源，其特征在于所述泵浦耦合模块(11)由第一侧向泵浦合束器(111)和第二侧向泵浦合束器(112)组成，第一侧向泵浦合束器(111)和第二侧向泵浦合束器(112)均是将泵浦光经由双包层光纤的内包层侧面，耦合到双包层光纤的内包层中的光纤器件，包含不少于1个泵浦光输入端、1个信号光输入端和1个输出端；第一侧向泵浦合束器(111)的信号光输入端(11101)和第二侧向泵浦合束器(112)的信号光输入端(11201)即为泵浦耦合模块(11)的2个信号光输入端；第一侧向泵浦合束器(111)的输出端(11102)和第二侧向泵浦合束器(112)的输出端(11202)即为泵浦耦合模块(11)的2个输出端；第一侧向泵浦合束器(111)的泵浦光输入端(1111-111N)和第二侧向泵浦合束器(112)的泵浦光输入端(1121-112M)即为泵浦耦合模块(11)的泵浦光输入端；第一侧向泵浦合束器(111)的输出端(11102)和第二侧向泵浦合束器(112)的输出端(11202)与双包层掺镱光纤(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹涧秋，任彦锟，应汉辕，刘文博，奚小明，王泽锋，杜少军，徐晓军，陈金宝，
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