一种基于多沟壑和泵浦-增益一体化技术的光纤激光放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多沟壑和泵浦

【技术实现步骤摘要】
一种基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器


[0001]本专利技术涉及一种基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器；其可为获得高功率、高光束质量、低非线性的单纤激光提供一种有效技术途径或方案。

技术介绍

[0002]随着高功率光纤激光器技术的发展，为了不断追求更高功率、更高光束质量、低非线性的光纤输出，相关科研及工程技术人员都在不断地进行钻研与探索，并在各个技术方案上实现了不断的突破。很明显，在技术上，为了实现更高功率、光束质量输出，获得具有大模场特性的有源增益纤显得尤为重要。但是，为了追求大模场且同时保持增益纤的少模特性，因此需要不断地降低数值孔径，而局限于目前的常规双包层增益纤制备技术对折射率的控制精度，使得纤芯数值＜0.06的双包层大模场光纤难以制备。为了实现对纤芯折射率的精确控制，于是使得光子晶体和光子带隙光纤技术得到了一定发展。此外，为了克服纤芯数值孔径无法降低的难题且获得具有大模场直径光纤，并使其输出的激光具有高光束质量，于是还衍生出大模场高阶模式滤除或者模式控制光纤，如：泄漏通道光纤，手性纤芯耦合光纤、大间距光子晶体光纤等。但是以上技术都存在制备工艺技术流程复杂且难度较大，难以实现广泛地实际工程应用。
[0003]存在目前市场主要采用具有大模场的低数值孔径(NA≥0.06)阶跃折射率型光纤(大模场双包层光纤)作为有源增益纤。其缺点：缺少高阶模式抑制手段，在使用过程易产生高阶模，即模式不稳定性。光子晶体光纤、光子晶体棒状光纤、泄漏通道光子晶体光纤、大间距光子晶体纤等。该类光纤自身结构构造较为复杂，因此，一方面使得制备工艺复杂且难度极大，很难满足工程应用需求；另一方面，该类光纤与当前常用的折射率阶跃型光纤的兼容性较低，往往因熔接过程中出现的塌缩效应而使得损耗较高，难以被应用于高功率光纤激光方面。多沟壑多模抑制技术所对应的光纤其制备难度较低，从制备工艺上，更容易获得实现。
[0004]为了更好地获得更高功率、更高光束质量、低非线性光纤激光输出，并使得技术方案更容易实现工程应用。专利技术人想到了将泵浦
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增益一体化和多沟壑多模抑制两项技术有机的结合起来。泵浦
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增益一体化技术可以很大程度的提高泵浦光注入能力，可支持超高功率激光输出所需要的泵浦增益。同时，也降低有源增益光纤对泵浦源的亮度要求，进而降低该光学方案的成本。多沟壑多模抑制技术所对应的光纤呈对称，通过光纤结构折射率沟壑设计可良好的对高阶光纤模式实现高耦合损耗，从而抑制高阶模式的出现。两者的结合使得，当泵浦光从通过有源纤的侧面进入有源纤时，泵浦
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增益一体化技术的倏逝波耦合效应可以使得耦合入的泵浦光的传播方式以沿着有源纤芯的延伸方向进行传播的同时更大可能的因为模式的匹配效应(多沟壑多模抑制光纤的结构与泵浦光的相互作用)而尽可能的限制在多沟壑有源纤的掺杂纤芯处传播，从而提高位于有源纤的掺杂纤芯的基模的激发。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，克服了现有技术的不足，设计合理。
[0006]为了实现高功率、高光束质量、低非线性光纤激光输出这一技术要求。将两项技术有机的巧妙的结合起来，a、采用增益
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一体化光纤泵浦技术为获得“高功率”输出提供足够的泵浦增益；b、采用具有圆对称结构的多沟壑多模抑制光纤，在制备方面，不但可以较容易地实现大模场(低非线性)光纤制备，而且还可实现对高阶模式的良好抑制，利于获得“高光束质量”单纤激光输出。两者的结合使得，当泵浦光从通过有源纤的侧面进入有源纤时，泵浦
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增益一体化技术的倏逝波耦合效应可以使得耦合入的泵浦光的传播方式以沿着有源纤芯的延伸方向进行传播的同时更大可能的因为模式的匹配效应(多沟壑多模抑制光纤的结构与泵浦光的相互作用)而尽可能的限制在多沟壑有源纤的掺杂纤芯处传播，从而提高位于有源纤的掺杂纤芯的基模的激发。
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种基于泵浦
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增益一体化和多沟壑多模抑制技术的高功率光纤激光放大器，用以获得高功率、光束质量、低非线性单纤激光输出。
[0009]本专利技术提供了一种基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，包括，信号光部分、泵浦光部分、泵浦
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增益一体化光纤，泵浦
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增益一体化光纤包括位于中心的有源纤、位于有源纤外围的泵浦纤，信号光部分用于将信号光输出到泵浦
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增益一体化光纤的有源纤中；泵浦光部分用于将泵浦光耦合到泵浦
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增益一体化光纤放大器的泵浦纤中；有源纤为多沟壑光纤，有源纤包括位于中心的掺杂纤芯，位于掺杂纤芯外围的低折射率光纤环区、谐振环区以及包层。
[0010]优选地，有源纤结构包括掺杂纤芯f、第一低折射率光纤环区e、第二低折射率光纤环区c、第三低折射率光纤环区a、第一谐振环区d、第二谐振环区b和包层。
[0011]优选地，掺杂纤芯f位于有源纤中心，在其外侧紧邻设置第一低折射率光纤环区e，第一低折射率光纤环区临近并包围掺杂纤芯f；第一低折射率光纤环区e外侧紧邻的设置第一谐振环区d，第一谐振环区d临近并包围第一低折射率光纤环区e；第一谐振环区d外侧紧邻设置第二低折射率光纤环区c,第二低折射率光纤环区c临近并包围第一谐振环区d；第二低折射率光纤环区c外侧紧邻的设置第二谐振环区b，第二谐振环区b临近并包围第二低折射率光纤环区c；第二谐振环区b外侧紧邻设置第三低折射率光纤环区a，第三低折射率光纤环区a外侧紧邻设置石英包层，石英包层临近并包围第三低折射率光纤环区。
[0012]优选地，信号光部分包括单模输出振荡器，通过单模输出振荡器输出信号光，工作波长为稀土离子的受激发射光的波长，将信号光部分的输出光纤与泵浦
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增益一体化光纤的有源纤通过模式匹配器进行低插损熔接，并将该信号光注入至泵浦—增益一体化光纤放大器中，实现信号光注入。
[0013]优选地，泵浦光部分可以包括两组泵浦光输出部分，分别为第一泵浦光输出部分，第二泵浦光输出部分；第一泵浦光输出部分对应泵浦增益一体化光纤的泵浦纤的正向输入，而第二泵浦光输出部分对应泵浦增益一体化光纤的泵浦纤的反向输入。
[0014]优选地，对于每个泵浦光输出部分而言，例如第一泵浦光输出部分，由于泵浦
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增益一体光纤存在8根泵浦纤，每根泵浦纤正向对应一组泵浦源，每组泵浦源都是由多个泵浦
源通过光纤泵浦合束器合束而成，将该泵浦合束器的输出尾纤再与泵浦
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增益一体化光纤中的8根泵浦纤中的每根进行熔接，以实现泵浦光对该泵浦
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增益一体光纤的泵浦注入。
[0015]对于第二泵浦光输出部分优选的可以同第一泵浦光输出部分一样设置，泵浦...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，其特征在于，包括，信号光部分(10)、泵浦光部分(20)、泵浦
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增益一体化光纤(30)，泵浦
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增益一体化光纤包括位于中心的有源纤(31)、位于有源纤外围的泵浦纤(32)，信号光部分用于将信号光输出到泵浦
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增益一体化光纤(30)的有源纤中；泵浦光部分用于将泵浦光耦合到泵浦
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增益一体化光纤放大器的泵浦纤中；有源纤(31)为多沟壑光纤，有源纤(31)包括位于中心的掺杂纤芯，位于掺杂纤芯外围的低折射率光纤环区、谐振环区以及包层。2.根据权利要求1的基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，其特征在于，有源纤(31)结构包括掺杂纤芯f、第一低折射率光纤环区e、第二低折射率光纤环区c、第三低折射率光纤环区a、第一谐振环区d、第二谐振环区b和包层。3.根据权利要求2的基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，其特征在于，掺杂纤芯f位于有源纤中心，在其外侧紧邻设置第一低折射率光纤环区e，第一低折射率光纤环区临近并包围掺杂纤芯f；第一低折射率光纤环区e外侧紧邻的设置第一谐振环区d，第一谐振环区d临近并包围第一低折射率光纤环区e；第一谐振环区d外侧紧邻设置第二低折射率光纤环区c,第二低折射率光纤环区c临近并包围第一谐振环区d；第二低折射率光纤环区c外侧紧邻的设置第二谐振环区b，第二谐振环区b临近并包围第二低折射率光纤环区c；第二谐振环区b外侧紧邻设置第三低折射率光纤环区a，第三低折射率光纤环区a外侧紧邻设置石英包层，石英包层临近并包围第三低折射率光纤环区。4.根据权利要求1的基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，其特征在于，信号光部分包括单模输出振荡器，通过单模输出振荡器输出信号光，工作波长为稀土离子的受激发射光的波长，将信号光部分的输出光纤与泵浦
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增益一体化光纤的有源纤通过模式匹配器进行低插损熔接，并将该信号光注入至泵浦—增益一体化光纤放大器中，实现信号光注入。5.根据权利要求1的基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光纤激光放大器，其特征在于，泵浦光部分可以包括两组泵浦光输出部分，分别为第一泵浦光输出部分(1)，第二泵浦光输出部分(2)；第一泵浦光输出部分(1)对应泵浦增益一体化光纤的泵浦纤的正向输入，而第二泵浦光输出部分(2)对应泵浦增益一体化光纤的泵浦纤的反向输入。6.根据权利要求1的基于多沟壑和泵浦
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增益一体化技术的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕档，张先明，刘进辉，丁建武，
申请(专利权)人：光惠上海激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：