一种光纤放大器和激光发生器制造技术

本申请适用于自动化生产技术领域，提供了一种光纤放大器和激光发生器，光纤放大器包括纤芯直径从第一端到第二端由细至粗渐变的锥形掺杂光纤和光纤泵浦合束器，信号光从锥形掺杂光纤第一端输入，并从第二端输出至光纤泵浦合束器；以及用于产生泵浦光的第一泵浦光源，和连接第一泵浦光源和光纤泵浦合束器的泵浦光纤。信号光在锥形掺杂光纤中“绝热放大”，能够保持单模特性获得高质量的光束；同时光纤模场面积增加，很大程度上抑制了非线性效应，进而提高输出的脉冲激光中每个激光脉冲最大能够携带的能量，解决了高功率大脉冲能量超快光纤激光器的放大级中大模场面积和光束质量之间的矛盾，最终输出高能量、高功率且单模性强的超短脉冲激光。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤放大器和激光发生器
本申请涉及自动化生产
，特别涉及一种光纤放大器和激光发生器。
技术介绍
高功率大脉冲能量超快激光(激光脉冲的持续时间在飞秒级或者皮秒级)凭借着脉宽窄、单脉冲能量大、重复频率高等特点，在精密微加工、生物医疗及科研等领域有广泛应用。超短脉冲激光器的实现通常有两种技术路线：传统固体超快激光器方案如钛宝石激光器，这类激光器的缺点在于价格高昂、结构复杂、效率低、长期稳定性不高；而采用全光纤激光方案实现的超短脉冲激光器具有成本低、结构简单、效率高、稳定性好等优点，更有利于大规模工业应用。全光纤高功率大脉冲能量超快脉冲激光器，一般采用锁模光纤激光器种子源和光纤放大级的组合结构：锁模光纤激光器种子源输出数百飞秒至皮秒脉宽的光脉冲(平均功率mW量级，单脉冲能量nJ量级)，经过光纤放大级放大后输出脉冲宽度200fs-10ps、单脉冲能量>50μJ，平均功率>20W的脉冲激光。在光纤放大级中，由于激光脉冲需要在相对细长的纤芯中接受耦合以传输放大，峰值功率密度较高，容易引发光纤中的非线性效应(自相位调制、受激拉曼散射等)，限制了单脉冲能量的提高，严重时甚至会损坏光纤放大级。为了解决该问题，传统技术中给出了采用两种解决方法：一是采用啁啾脉冲放大(CPA，ChirpedPulseAmplification)的方案，在时域上将种子源的fs量级的脉冲通过色散展宽至ps甚至ns量级后再进行放大，最后在时域上重新压缩为飞秒激光，从而降低光纤放大级的峰值功率；二是增加光纤的模场面积，降低光纤放大级的峰值功率密度。对于增加模场面积的方法，传统的技术方案之一是采用大模场面积(LMA，LargeModeArea)双包层光纤，用LMA光纤作为超短脉冲光纤激光器的放大级，但改进化学气相沉积法(MCVD，ModifiedChemicalVaporDeposition)制备的大模场双包层光纤，其纤芯和内包层折射率差已经很小，纤芯的数值孔径很难做到0.06以下，为了保证输出光束质量，LMA光纤的纤芯直径通常被限制在40-50μm以下，用作做超快放大器时，单脉冲能量难以超过50μJ。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种光纤放大器，旨在解决传统的飞秒激光器光纤模场面积受限，脉冲能量过低的技术问题。本申请是这样实现的，一种光纤放大器，包括：纤芯直径由细至粗渐变的锥形掺杂光纤，所述锥形掺杂光纤包括直径较小的第一端和直径较大的第二端，信号光从所述锥形掺杂光纤的第一端输入，并从所述锥形掺杂光纤的第二端输出；用于将泵浦光中的能量泵浦至所述锥形掺杂光纤的光纤泵浦合束器，所述光纤泵浦合束器连接所述锥形掺杂光纤的第二端；用于产生所述泵浦光的第一泵浦光源；以及用于将所述第一泵浦光源产生的所述泵浦光耦合至所述锥形掺杂光纤的泵浦光纤。在本申请的一个实施例中，所述锥形掺杂光纤采用保偏锥形掺杂光纤，所述保偏锥形掺杂光纤通过加热并拉伸保偏掺杂光纤制成。在本申请的一个实施例中，所述锥形掺杂光纤包括纤芯、套设在所述纤芯外的折射率凹陷层，以及套设在所述凹陷层外的内包层，所述内包层的折射率小于所述纤芯的折射率，所述凹陷层的折射率小于所述纤芯的折射率及内包层的折射率。在本申请的一个实施例中，所述锥形掺杂光纤第一端的纤芯直径范围为5-30μm，所述锥形掺杂光纤第二端的纤芯直径范围为30-100μm。在本申请的一个实施例中，所述光纤泵浦合束器包括第一套管，所述第一套管内依次沿所述第一套管的轴向方向设置有石英端帽、聚焦透镜和二向色镜，所述锥形掺杂光纤第二端和所述泵浦光纤连接所述石英端帽远离所述聚焦透镜的一端。在本申请的一个实施例中，所述锥形掺杂光纤第二端与所述石英端帽远离所述聚焦透镜的一端激光焊接，所述泵浦光纤与所述石英端帽远离所述聚焦透镜的一端激光焊接。本申请的另一目的在于提供一种激光发生器，所述激光发生器包括用于产生信号光的激光种子源，以及沿所述信号光的光路依次设置的脉冲展宽器、脉冲选单器、脉冲放大器，以及如上所述的光纤放大器和脉冲压缩器；所述信号光从所述锥形掺杂光纤第一端输入，并从所述锥形掺杂光纤第二端输出。在本申请的一个实施例中，所述脉冲展宽器包括接入所述信号光的光路的展宽光纤，所述展宽光纤采用长度范围在10米-103米数量级的单模光纤；或者，所述脉冲展宽器包括接入所述信号光的光路的光纤环形器，以及通过所述光纤环形器接入所述信号光的光路的啁啾光栅。在本申请的一个实施例中，所述脉冲放大器包括第一预放组件，所述第一预放组件包括第二泵浦光源，和用于将所述第二泵浦光源的光能耦合至所述第一预放组件中掺杂光纤的第一耦合件，所述第一耦合件采用光纤合束器或者波分复用器。在本申请的一个实施例中，所述脉冲放大器还包括与所述第一预放组件串联设置的第二预放组件，所述第二预放组件包括第三泵浦光源，和用于将所述第三泵浦光源的光能耦合至所述第二预放组件中掺杂光纤的第二耦合件，所述第二耦合件采用光纤合束器或者波分复用器。实施本申请的一种光纤放大器，至少具有以下有益效果：锥形掺杂光纤的芯径由细逐渐变粗，直径逐渐增大，信号光在从第一端进入并传播至第二端的过程中，信号光“绝热放大”，能够保持单模特性获得高质量的光束；同时随着光斑的逐渐扩大，光纤模场面积增加，利用锥形掺杂光纤对非线性效应，如SRS(StimulatedRamanScattering，受激拉曼散射)、SBS(StimulatedBrillouinScattering，受激布里渊散射)和ASE(AmplifiedSpontaneousEmission，自发辐射放大)等的抑制作用，提高输出的脉冲激光中每个激光脉冲最大能够携带的能量，解决了高功率大脉冲能量超快光纤激光器的放大级中大模场面积和光束质量之间的矛盾，最终输出高能量、高功率且单模性强的超短脉冲激光。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请的一个实施例提供的激光发生器的结构示意图；图2是本申请的一个实施例提供的脉冲展宽器的结构示意图；图3是本申请的另一个实施例提供的脉冲展宽器的结构示意图；图4是本申请的一个实施例提供的光纤放大器的结构示意图；图5是本申请的一个实施例提供的锥形掺杂光纤的外包层直径-长度关系示意图；图6是本申请的一个实施例提供的光纤泵浦合束器的结构示意图。上述附图所涉及的标号明细如下：100-激光种子源；200-脉冲展宽器；201-展宽光纤；202-啁啾光栅；203-光纤环形器；300-第一预放组件；400-脉冲选单器；500-第二预放组件；600-光纤放大器；601-第一泵浦光源；602-泵浦光纤；603-锥形掺杂光纤；604-光纤泵浦合束器；6041-石英端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤放大器，其特征在于，包括：/n纤芯直径由细至粗渐变的锥形掺杂光纤，所述锥形掺杂光纤包括直径较小的第一端和直径较大的第二端，信号光从所述锥形掺杂光纤的第一端输入，并从所述锥形掺杂光纤的第二端输出；/n用于将泵浦光中的能量泵浦至所述锥形掺杂光纤的光纤泵浦合束器，所述光纤泵浦合束器连接所述锥形掺杂光纤的第二端；/n用于产生所述泵浦光的第一泵浦光源；以及/n用于将所述第一泵浦光源产生的所述泵浦光耦合至所述锥形掺杂光纤的泵浦光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤放大器，其特征在于，包括：
纤芯直径由细至粗渐变的锥形掺杂光纤，所述锥形掺杂光纤包括直径较小的第一端和直径较大的第二端，信号光从所述锥形掺杂光纤的第一端输入，并从所述锥形掺杂光纤的第二端输出；
用于将泵浦光中的能量泵浦至所述锥形掺杂光纤的光纤泵浦合束器，所述光纤泵浦合束器连接所述锥形掺杂光纤的第二端；
用于产生所述泵浦光的第一泵浦光源；以及
用于将所述第一泵浦光源产生的所述泵浦光耦合至所述锥形掺杂光纤的泵浦光纤。


2.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述锥形掺杂光纤采用保偏锥形掺杂光纤，所述保偏锥形掺杂光纤通过加热并拉伸保偏掺杂光纤制成。


3.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述锥形掺杂光纤包括纤芯、套设在所述纤芯外的折射率凹陷层，以及套设在所述凹陷层外的内包层，所述内包层的折射率小于所述纤芯的折射率,所述凹陷层的折射率小于所述纤芯的折射率及内包层的折射率。


4.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述锥形掺杂光纤第一端的纤芯直径范围为5-30μm，所述锥形掺杂光纤第二端的纤芯直径范围为30-100μm。


5.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤泵浦合束器包括第一套管，所述第一套管内依次沿所述第一套管的轴向方向设置有石英端帽、聚焦透镜和二向色镜，所述锥形掺杂光纤第二端和所述泵浦光纤均连接在所述石英端帽远离所述聚焦透镜的一端。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴朝辉，谢晓华，李云亭，吴光辉，陈乐，岳超瑜，
申请(专利权)人：深圳市欧凌镭射科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44