一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器。通过对掺镱光纤激光器泵浦吸收和温度分布特性的分析，选取中心波长位于978nm

【技术实现步骤摘要】
一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器
[0001]本技术是中国已授权技术202021903014.1，技术名称“一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器”的分案申请，原申请的申请日2020 年9月3日。


[0002]本技术属于光纤激光领域，特别涉及一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器。

技术介绍

[0003]光纤激光器作为新一代激光器的代表，具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好以及热管理方便等优点，近年来在工业制造和科学研究等领域取得了飞速的发展和应用。在光转化的过程中，光纤激光器的增益介质(增益光纤)通过吸收泵浦光实现上能级粒子数反转，并通过受激辐射的方式实现信号激光的输出与放大。吸收和发射的光子之间的能量差决定了光纤激光器的量子亏损，这些损耗的能量转化为热量耗散在光纤中。根据不同增益光纤的掺杂离子特性，不同的增益介质对应了不同的吸收曲线和发射曲线，决定了相应的泵浦光波长和发射激光波长。由于镱离子的特殊性能，掺镱光纤在高功率光纤激光器方面存在较大优势，是当今高功率光纤激光器的首选。随着应用领域的扩展，对掺镱光纤激光器输出功率的要求越来越高。然而，在实际的激光器研制过程中，受激拉曼散射 (SRS)效应和横向模式不稳定效应(TMI)效应严重的阻碍了激光器功率的提升。在影响光纤激光器SRS和TMI效应的诸多因素中，泵浦波长是其中较为关键的一个。目前，掺镱光纤激光器主要有两种泵浦方式，一种是基于高亮度的光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦方式，一般采用与掺镱光纤吸收截面峰值匹配的中心波长为976nm LD进行泵浦，或者采用吸收截面较为平坦的中心波长为 915nm、940nm LD进行泵浦；另一种泵浦方式是采用更高亮度的光纤激光器作为泵浦源，在该方案中，目前主流的用作泵浦源的光纤激光器的波长为1018nm。考虑到掺镱光纤的吸收特性和实际LD的制作工艺，目前尚缺少其他波段100W 以上LD的用于掺镱光纤激光泵浦的报道。
[0004]在掺镱光纤激光器中，SRS的阈值与增益光纤长度成反比，增益光纤越长， SRS越强，激光器输出功率越低。在光纤激光器研制过程中，在相同光纤参数情况下，由于掺镱光纤对915nm和940nm波段的吸收系数较低(一般的，光纤在 915nm附近的吸收系数为976nm附近的1/3左右，在940nm附近的吸收系数为 976nm附近的1/4左右)，使得采用915nm和940nm的LD泵浦光纤激光器时，所需要的增益光纤长度要大于976nm LD泵浦情况，导致光纤激光器SRS阈值较低，影响激光器功率的提升；另一方面，对于采用1018nm光纤激光泵浦的方式，在相同光纤纤芯尺寸下，由于掺镱光纤在1018nm的吸收系数是 915nm/976nm波段LD的吸收系数的1/6或1/18左右，所需要的增益光纤长度比915nm和940nm泵浦时更长，SRS阈值也更低。此外，在掺镱光纤激光器中， TMI效应与增益光纤单位长度内的热量成正比，在采用976nm的LD作为掺镱光纤的泵浦源时，由于增益光纤在976nm处的吸收系数是915nm、940nm波段吸收系数的3倍～4倍左右，使得增益光纤单位长度的热负荷较915nm高，导致采用
976nm泵浦光纤激光器的TMI阈值比915nm泵浦光纤激光器的TMI阈值低。因此，在目前的泵浦方案中，1018nm级联泵浦、915nm/940nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到SRS效应的限制；976nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到TMI效应的限制，导致光纤激光器功率进一步提升较为困难。

技术实现思路

[0005]考虑到现有泵浦方案存在问题，本技术在掺镱光纤吸收/发射曲线范围内，通过综合考虑了TMI效应、SRS效应的抑制，优选了一种可以平衡TMI 效应和SRS效应的泵浦波长，实现光纤激光器功率和效率的进一步提升。
[0006]本技术提供了一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器，包括特定波长段光泵浦源(11)、光纤泵浦合束器(12)、高反光纤光栅(13)、掺镱光纤(14)、低反光纤光栅(15)、包层光滤除器(16)、光纤帽(17)，其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；依次连接的高反光纤光栅、掺镱光纤和低反光纤光栅组成谐振腔，低反光纤光栅输出侧依次连接包层光滤除器和光纤帽；掺镱光纤受激输出中心波长1020
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1150nm的激光振荡输出；光纤泵浦合束器串联在所述的光栅和掺镱光纤之间；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978nm
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1010nm，3dB光谱宽度 0.01
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50nm的高亮度光源。激光通过高反射光纤光栅和低反射光纤光栅进行波长选择后，输出预定定波长的激光；所述的激光输出经过包层光滤除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。
[0007]优选的，所述的光纤光栅的反射谱的中心波长在1020nm—1150nm。
[0008]本技术还提供一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器，包括特定波长段光泵浦源(11)、光纤泵浦合束器(12)、包层光滤除器(16)、光纤帽(17)、种子源(18)、模场匹配器(19)；所述的掺镱光纤激光放大器由依次连接的种子源、模场匹配器、光纤泵浦合束器、包层光滤除器、光纤帽构成；(19)种子源输出的激光决定了所述的掺镱光纤激光放大器输出激光的波长，模场匹配器用于种子源与放大器光纤的模场适配；其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；掺镱光纤对种子源的激光输出做功率放大；光纤泵浦合束器串联在所述的掺镱光纤一侧或两侧；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978nm
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1010nm，3dB光谱宽度0.01
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50nm的高亮度光源，并实现中心波长在1020
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1150nm附近激光的放大输出，所述的掺镱光纤激光放大器输出的激光经过包层光滤除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。
[0009]优选的，所述种子源的中心波长1060
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1090nm，输出功率为10W—1000W。
[0010]进一步的，泵浦的结构为前向泵浦、后向泵浦结构或双向泵浦。
[0011]进一步的，所述掺镱光纤激光振荡器或掺镱光纤激光放大器的输出激光为连续型激光或脉冲型激光，所述的脉冲激光的脉冲宽度1ns—100fs。
[0012]进一步的，所述的泵浦源包括半导体激光器、光纤激光器和固体激光器；所述泵浦源的输出激光为连续激光、准连续激光或脉冲激光。
[0013]优选的，所述的半导体激光器包括稳波长半导体激光器和非稳波长的半导体激光器。
[0014]进一步的，所述掺镱光纤的结构包括纤芯、内包层和涂覆层；所述的内包层结构包括单包层、双包层或三包层，内包层直径50
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2000微米，数值孔径0.12
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0.6；所述掺镱光纤的
纤芯直径3
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1000微米，数值孔径在0.03
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器，包括特定波长段光泵浦源（11）、光纤泵浦合束器（12）、包层光剥除器（16）、光纤帽（17）、种子源（18）和模场匹配器（19）；所述的掺镱光纤激光放大器由依次连接的种子源、模场匹配器、光纤泵浦合束器、包层光剥除器和光纤帽构成；种子源输出的激光决定了所述的掺镱光纤激光放大器输出激光的波长，模场匹配器（19）用于种子源与放大器光纤的模场适配；其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；掺镱光纤对种子源的激光输出做功率放大；光纤泵浦合束器串联在所述的掺镱光纤一侧或两侧；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978 nm
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1010 nm，3dB光谱宽度0.01
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50nm的高亮度光源，并实现中心波长在1020
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1150nm附近激光的放大输出，所述的掺镱光纤激光放大器输出的激光经过包层光剥除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。2.如权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于：所述种子源的中心波长1020
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1150nm，输出功率为0.01W—10000W。3.如权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚小明，王小林，许晓军，杨保来，张汉伟，王鹏，王泽锋，周朴，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：