激光放大器、激光器及光学系统技术方案

本申请涉及一种激光放大器、激光器及光学系统，其中，该激光放大器包括：泵浦，输出泵浦光；上级放大器的增益光纤，输出信号光；光纤合束器MPC，基于所述泵浦的输出光纤及所述增益光纤制作而成，所述光纤合束器MPC耦合所述泵浦光至所述增益光纤中输出；准直端帽，输入端连接所述增益光纤的输出段，所述准直端帽用于准直所述泵浦光和信号光后输出；单晶光纤，连接所述准直端帽的输出端，所述单晶光纤用于在泵浦光的激励下放大信号光功率。通过本申请，解决了相关技术中结构复杂、装调困难、稳定性差的问题，结构简单、易装调且稳定性高的激光放大器结构设计。放大器结构设计。放大器结构设计。

【技术实现步骤摘要】
激光放大器、激光器及光学系统


[0001]本申请涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种基于单晶光纤的激光放大器、激光器及光学系统。

技术介绍

[0002]单晶光纤是由单晶材料制成的光学纤维，具有单晶的物理、化学特性和纤维的导光性，同时兼具单晶以及纤维的特性，属于传统固态激光和光纤激光的前沿交叉领域。所述单晶光纤的材质多为高增益、高热导率、高稳定性、光学性能优越的单晶材料，综合光纤材料高长径比的尺寸及光波导转换效率优势，与传统玻璃光纤相比，晶体光纤具有的高热导率、高激光损伤阈值、较小的非线性效应等优点，使得单晶光纤有望产生更高功率的输出及传输更高能量的激光。
[0003]图1为单晶光纤光路示意图，参考图1所示，单晶光纤是一根长度数十毫米，直径数十微米至一毫米的增益介质。使用单晶光纤时，信号光需要在从单晶光纤中心通过，泵浦光需要在单晶光纤的侧面界面上多次全反射。
[0004]激光放大器是指利用光的受激辐射进行光的能量(功率)放大的器件。通过采用激光放大器，可以在获得高的激光能量或功率时而又保持激光的质量(包括脉宽、线宽、偏振特性等)。图2为根据相关技术的基于单晶光纤的激光放大器的原理示意图，参考图2所示，现有的基于单晶光纤的激光放大器信号光束需要经一第一光路调整光束直径和发散角，并严格控制光束传播，使其从单晶光纤中心通过。另一方面，泵浦光需要经过一第二光路进行光束整形通过二色镜后，聚焦到单晶光纤内。也就是说，现有的激光放大器的信号光束和泵浦光采用两路光路分别整形。
[0005]另外，图2所示的激光放大器还具有结构复杂、精度要求高、装调十分困难及其空间光结构带来的稳定性差的缺点，且其存在大量空间光路，对环境要求高，需要较高洁净度。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供了一种基于单晶光纤的激光放大器、激光器及光学系统，以至少解决相关技术中结构复杂、装调困难、稳定性差的问题。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种激光放大器，包括：
[0008]泵浦，输出泵浦光；
[0009]上级放大器的增益光纤，输出信号光；
[0010]光纤合束器MPC(Multi
‑
Mode Pump Combiner)，所述光纤合束器MPC基于所述泵浦的输出光纤及所述增益光纤制作而成，所述光纤合束器MPC耦合所述泵浦光至所述增益光纤中输出；所述光纤合束器MPC制作和使用过程中不产生熔接点，降低了损伤风险，所述光纤合束器MPC结构中不含无源信号纤，减小了信号光在无源信号纤中传输产生的非线性效应。
[0011]准直端帽，输入端连接所述增益光纤的输出段，所述准直端帽用于准直所述泵浦光和信号光后输出；
[0012]单晶光纤，连接所述准直端帽的输出端，所述单晶光纤用于在泵浦光的激励下放大信号光功率。
[0013]在其中一些实施例中，所述增益光纤的包层NA配置为芯层NA的1.2倍至2倍，使所述增益光纤的输出信号光发散后，在端帽处泵浦光的模场直径为信号光的1.2倍至2倍。
[0014]在其中一些实施例中，由于准直端帽色差及泵浦光与信号光发射位置的微小差异，所述准直端帽输出的信号光为准直状态，输出的泵浦光为具有发散角β的准直状态，所述发散角β小于所述单晶光纤内表面的全反射临界角的余角，以使所述泵浦光在单晶光纤侧壁进行多次全反射。
[0015]在其中一些实施例中，所述单晶光纤直接连接所述准直端帽的输出端。
[0016]在其中一些实施例中，所述准直端帽与单晶光纤通过光胶工艺连接，无镀膜、无胶、无空气间隙，使得本申请实施例的损伤阈值更高，结构更稳定。
[0017]在其中一些实施例中，所述准直端帽为曲面透镜和/或渐变折射率透镜。
[0018]在其中一些实施例中，所述单晶光纤的基材为YAG(钇铝石榴石晶体Y3Al5O12，简称YAG)、YVO4(钒酸钇)、陶瓷和/或石英；所述单晶光纤的掺杂元素为Yb(镱，Ytterbium)、Nd(钕，Neodymium)、Er(铒，Erbium)和/或Tm(铥，Thulium)。
[0019]在其中一些实施例中，所述泵浦为通过光纤耦合的半导体激光器。
[0020]基于如上结构，所述泵浦输出的泵浦光经过光纤合束器MPC与上级放大器的增益光纤输出的信号光合束，其中，在所述增益光纤的输出段，泵浦功率被吸收一部分，信号光功率得到放大，提高了激光放大器放大增益；然后，经准直端帽信号光和泵浦光直接输入单晶光纤，准直后的信号光直径大小为能够完全通过单晶光纤的合适大小，准直后的泵浦光为直径小于单晶光纤直径但有较大发散角，通过准直端帽同时实现信号光和泵浦光的整形且满足单晶光纤的使用要求；在单晶光纤内，所述泵浦光经多次全反射被单晶光纤吸收，而信号光沿单晶光纤中心通过并放大。
[0021]第二方面，本申请实施例提供了一种激光器，所述激光器基于如上述第一方面所述的激光放大器所形成。
[0022]第三方面，本申请实施例提供了一种光学系统，所述光学系统包括激光光源、第一级激光放大器及如上述第一方面所述的激光放大器。
[0023]相比于相关技术，本申请实施例提供的基于单晶光纤的激光放大器、激光器及光学系统，通过融合增益光纤与单晶光纤，实现了结构简单、易装调且稳定性高的激光放大器结构设计，且实现了降低了损伤风险、降低非线性效应、降低对环境的要求等效果。
[0024]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0025]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0026]图1是根据相关技术的单晶光纤的光路示意图；
[0027]图2是根据相关技术的基于单晶光纤的激光放大器的原理示意图；
[0028]图3是根据本申请实施例的激光放大器的结构示意图；
[0029]图4是根据本申请实施例的激光放大器的部分光路示意图。
[0030]图中：
[0031]1、增益光纤；2、泵浦；3、光纤合束器MPC；4、准直端帽；
[0032]5、单晶光纤；31、输出段；11、信号光；21、泵浦光。
具体实施方式
[0033]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034]显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光放大器，其特征在于，包括：泵浦，输出泵浦光；上级放大器的增益光纤，输出信号光；光纤合束器MPC，所述光纤合束器MPC基于所述泵浦的输出光纤及所述增益光纤制作而成，所述光纤合束器MPC耦合所述泵浦光至所述增益光纤中输出；准直端帽，输入端连接所述增益光纤的输出段，所述准直端帽用于准直所述泵浦光和信号光后输出；单晶光纤，连接所述准直端帽的输出端，所述单晶光纤用于在泵浦光的激励下放大信号光功率。2.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述增益光纤的包层NA配置为芯层NA的1.2倍至2倍。3.根据权利要求2所述的激光放大器，其特征在于，所述准直端帽输出的信号光为准直状态，输出的泵浦光为具有发散角β的准直状态，所述发散角β小于所述单晶光纤内表面的全反射临界角的余角。4.根据权利要求3所述的激光放大器，其特征在于，所述单晶光纤直接连接所述准直端帽的输出端。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨欢，李德荣，曹祥东，
申请(专利权)人：青岛自贸激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：