本发明专利技术公开了一种短增益纤振荡放大共泵浦的高功率窄线宽激光器，包括种子源和放大器，种子源包括依次相连的第一光纤耦合器、信号反射光纤光栅、第一部分吸收光纤、匹配输出光纤光栅；匹配输出光纤光栅的输出端连接与放大器的输入端；放大器包含第二部分吸收光纤和第二光纤耦合器。本发明专利技术利用部分吸收光纤无需完全吸收泵浦光的特点减少增益光纤的长度，提升非线性效应阈值功率，抑制光谱展宽并保障输出光谱纯度。激光器互通了振荡器种子源与放大器的泵浦功率，使其互相利用，提升了激光器的光光转化效率。由于种子源能利用放大器的反向泵浦，使其随激光器反向泵浦功率正相关动态变化，有效抑制了ASE效应。有效抑制了ASE效应。有效抑制了ASE效应。
【技术实现步骤摘要】
一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器
[0001]本专利技术涉及光纤激光器
，具体涉及一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器。
技术介绍
[0002]高功率光纤激光器作为一种新型固体激光器，具有热控管理方便、转化效率高、不受环境影响等优势，能够获得高亮度、高功率和良好光束质量的激光输出，在空间激光通信、激光武器等民用和军事领域得到了广泛的应用。而工作波长小于1060nm的单模窄线宽单模光纤激光器在光谱束合成(SBC)和非线性频率转换(NFC)等领域有重要的应用,同时由于较低的量子亏损致热和较强的增益饱和效应，较短波长下工作的光纤激光器具有抑制横向模式不稳定性(TMI)的优势。然而，由于短波长信号光宽吸收截面引起的放大自发辐射效应(ASE)，短波长窄线宽光纤激光器难以获得高光谱信噪比的高功率激光输出。为了获得窄线宽的高光谱信噪比激光输出，进一步优化高功率窄线宽光纤激光器的输出激光参数，激光器的不同结构也成为研究重点。一种有效的光谱控制结构是使用基于相位调制单频种子的MOPA结构。这种结构可以以极窄的线宽实现数千瓦范围内的输出激光功率。2020年，Chu等人(Q.Chu,Q.Shu,Y.Liu,R.Tao,D.Yan,H.Lin,J.Wang,and F.Jing,“3kW high OSNR 1030nm single
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mode monolithic fiber amplifier with a 180pm linewidth,”Opt.Lett.45,6502
–/>6505(2020).)理论研究了短波长窄线宽中的ASE效应，并基于相位调制单频激光器和MOPA结构实现了3kW单模激光输出，在1030nm处光谱线宽为0.18nm，光谱信噪比约为37dB。但是为了提高SBS阈值，此结构需要更高速度的相位调制或更复杂的配置，这增加了成本并且对调制器提出了严格的要求。
[0003]除了相位调制种子激光器之外，还有基于光纤布拉格光栅(FBG)种子的MOPA结构。使用基于FBG的种子激光器实现高功率窄线宽输出要容易得多。但是，一旦激光达到高功率，此结构很难抑制激光光谱过度展宽。因此，以前的研究已经提出很多方案来压缩基于FBG的高功率窄线宽激光器的光谱带宽。2016年，黄等人(Huang Z,Liang X,Li C,et al.Spectral broadening in high
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power Yb
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doped fiber lasers employing narrow
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linewidth multi longitudinal
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mode oscillators.Appl Optics；55(2):297
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302.(2016))研究了固定带宽内的纵模数量与非线性光谱展宽的关系，提出了基于少横模FBG振荡器种子源的MOPA结构，最终获得功率为2.9kW，线宽为0.3nm@3dB的窄线宽激光输出，光谱信噪比小于20dB。但是这种结构在实现窄线宽高功率输出的同时对光谱信噪比控制较差，不适用于短波长高功率窄线宽光纤激光器。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提出了一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，该激光器抑制了放大自发辐射(ASE)、光谱展宽和受激拉曼散射(SRS)，实现了高光谱信噪比的窄线宽激光输出，适用于高功率短波长窄线宽光纤激光器。
[0005]实现本专利技术目的技术解决方案为：一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，包括种子源和放大器，并且互通了振荡器种子源与放大器的泵浦功率，有效利用了振荡器和放大器的残余泵浦光；所述种子源包括依次相连的信号反射光纤光栅、第一部分吸收光纤、匹配输出光纤光栅；所述匹配输出光纤光栅的输出端连接与放大器的输入端；所述种子源的输出功率随放大器反向泵浦功率正相关动态变化。
[0006]其中，所述放大器包括相连的第二部分吸收光纤和第二光纤耦合器，所述第二部分吸收光纤的输入端连接与种子源的输出端，所述放大器的正向输入泵浦光为种子源残余正向泵浦光，所述第二光纤耦合器的泵浦输入端连接有第二泵浦源。
[0007]其中，所述第二光纤耦合器的输出端连接有光纤输出端帽。
[0008]其中，所述第一光纤耦合器和所述第二光纤耦合器均包括一个信号输入端、一个信号输出端以及至少一个泵浦输入端。
[0009]其中，利用部分吸收光纤无需完全吸收泵浦光的特点减少增益光纤的长度，提升激光器非线性效应阈值功率，抑制光谱展宽并保障输出光谱纯度。
[0010]其中，所述共泵浦结构中，种子源和放大器之间不存在泵浦隔离器件，互相利用对方残余泵浦光，提高激光器整体泵浦利用率。
[0011]其中，所述共泵浦结构允许振荡器种子源利用放大器的反向泵浦，使其随激光器反向泵浦功率正相关动态变化，增加了种子光对放大器上能级粒子数利用率，有效抑制了激光器中的ASE的效应。
[0012]本专利技术提供的一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，包括种子源和放大器，所述种子源包括依次相连的第一光纤耦合器、信号反射光纤光栅、第一双包层掺镱光纤、匹配输出光纤光栅；放大器包括依次相连的第二双包层掺镱光纤、第二光纤耦合器、光纤端帽。本专利技术利用部分吸收光纤无需完全吸收泵浦光的特点减少增益光纤的长度，提升激光器非线性效应阈值功率，抑制光谱展宽并保障输出光谱纯度。激光器互通了振荡器种子源与放大器的泵浦功率，有效利用了振荡器和放大器的残余泵浦光，提升了激光器的光光转化效率。共泵浦结构允许振荡器种子源利用放大器的反向泵浦，使其随激光器反向泵浦功率正相关动态变化，增加了种子光对放大器上能级粒子数利用率，有效抑制了激光器中的ASE的效应。
附图说明
[0013]图1是本专利技术所提出的一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器的示意图。
[0014]图2是本专利技术实施例中的种子源的结构示意图。
[0015]图3是本专利技术实施例中的放大器的结构示意图。
[0016]图4是本专利技术的一种具体的实施例示意图。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，包括依次连接的种子源(1)和放大器(2)，二者构成共泵浦结构，其特征在于：种子源(1)和放大器(2)之间不存在泵浦隔离器件，互相利用对方残余泵浦光，提高了激光器整体泵浦利用率；共泵浦结构允许种子源(1)利用放大器(2)的反向泵浦，使其随激光器反向泵浦功率正相关动态变化，增加了种子光对放大器(2)上能级粒子数利用率，有效抑制了激光器中的ASE效应。2.根据权利要求1所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，其特征在于：所述种子源(1)包括依次连接的第一光纤耦合器(102)、信号反射光纤光栅(103)、第一部分吸收光纤(104)、匹配输出光纤光栅(105)；所述匹配输出光纤光栅(105)的输出端连接放大器(2)的输入端；所述放大器(2)包括依次连接的第二部分吸收光纤(201)和第二光纤耦合器(202)，所述第二光纤耦合器(202)的输出端连接有光纤输出端帽(204)。3.根据权利要求2所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，其特征在于：利用部分吸收光纤无需完全吸收泵浦光的特点减少增益光纤的长度，提升激光器非线性效应阈值功率，抑制光谱展宽并保障输出光谱纯度。4.根据权利要求3所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，其特征在于：所述第一部分吸收光纤(104)对泵浦光的吸收率为30％～50％；设第一部分吸收光纤(104)的有效长度为L
eff1
，则第一部分吸收光纤(104)的SRS阈值功率为其中A
eff1
表示第一部分吸收光纤(104)的有效模场面积，g
Raman
为拉曼增益谱；第一部分吸收光纤(104)的SPM阈值功率为其中n2表示非线性系数，λ表示激光波长。5.根据权利要求3所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，其特征在于：所述第二部分吸收光纤(201)对泵浦光的吸收率为60％～80％；设第二部分吸收光纤(201)的有效长度为L
eff2
，则第二部分吸收光纤(201)的SRS阈值功率为其中A
eff2
表示第二部分吸收光纤(201)的有效模场面积，g
Raman
为拉曼增益谱；所述第二部分吸收光纤(201)的SPM阈值功率其中n2表示非线性系数，λ表示激光波长。6.根据权利要求4所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器，其特征在于：所述种子源(1)的反向泵浦输入光为放大器反向残余泵浦光，其速率方程组具体如下：所述种子源(1)的反向泵浦输入光为放大器反向残余泵浦光，其速率方程组具体如下：
其中，P表示光功率；z对应于沿光纤传播方向的坐标；下标p、s分别对应表示泵浦光和信号光；上标+和
‑
分别对应表示光束的沿激光传输的正反方向；λ
p
和λ
s
分别对应表示泵浦光波长和信号光波长，α表示光纤中光传输损耗，σ
a
和σ
e
是部分吸收光纤相应的吸收截面和发射截面；N...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱日宏，李永龙，单小琴，郑云瀚，李方欣，张晓宇，王昊业，韩志刚，范新玥，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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