一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，该放大器利用顺次连接的低掺杂单模有源光纤、高掺杂多模有源光纤及单模无源光纤结构作为单频脉冲激光放大级，分别实现单频种子源低噪声系数预放大、受激布里渊散射效应抑制和脉冲能量高效提升，以及高光束质量激光输出的功能，从而获得高能量单频脉冲全光纤激光器，克服传统单频光纤激光放大结构受激布里渊散射效应阈值低、及大模场有源光纤导致的信噪比和光束质量劣化的问题。纤导致的信噪比和光束质量劣化的问题。纤导致的信噪比和光束质量劣化的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器


[0001]本专利技术涉及光纤放大器领域，尤其涉及一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器。

技术介绍

[0002]作为一类高性能激光源，单频脉冲光纤激光器在相干激光雷达、大气遥感等领域具有广泛的应用价值。而激光脉冲能量决定着前述应用的探测距离和精度，单频脉冲光纤激光器的高能量输出对于实现远距离、高精度相干探测具有重要意义。
[0003]高能量单频脉冲光纤激光器主要通过主振荡功率放大技术实现，单频脉冲种子源经多级光纤放大结构可实现脉冲能量的提升。但由于单频激光的窄线宽特性，脉冲激光放大过程往往面临着严重的受激布里渊散射(SBS)效应的制约。受限于稀土离子的掺杂浓度，传统单模有源石英光纤需要较长的光纤长度才能提供充足的激光增益，从而导致较低的SBS阈值，限制了单频脉冲激光的能量提升。功率放大级所采用的大模场有源光纤虽然能够在一定程度上缓解SBS效应的制约，但较低的种子源能量导致激光放大过程中信噪比明显降低，且大模场光纤的少模工作特性也会导致激光光束质量的劣化。具有较高稀土离子掺杂能力的多组分玻璃光纤在保证激光增益的同时能够有效降低光纤长度，从而提高SBS阈值及单脉冲能量。但多组分玻璃光纤熔点较低，与传统石英光纤低损耗熔接难度较大，且由其构成的激光系统机械强度仍面临较大挑战。此外，大模场有源光子晶体光纤也被用于单频脉冲光纤激光放大系统，利用其单模工作下较大的模场面积有效提高SBS阈值，可实现毫焦级单频脉冲激光。但光子晶体光纤特殊的结构设计导致其与传统石英光纤兼容性较差，多采用空间光结构搭建光学放大系统，制约了光纤激光的集成性和稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，本专利技术选取顺次连接的低掺杂单模有源光纤、高掺杂多模有源光纤及单模无源光纤结构作为单频脉冲激光放大级，分别实现单频种子源低噪声系数预放大，受激布里渊散射效应抑制、脉冲能量高效提升和信号激光自成像，以及高光束质量激光输出的功能，从而获得高能量单频脉冲全光纤激光器，克服传统单频光纤激光放大结构受激布里渊散射效应阈值低、及大模场有源光纤导致的信噪比和光束质量劣化的问题，详见下文描述：
[0005]一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，所述全光纤放大器包括：
[0006]单频脉冲种子源与隔离器相连，单频脉冲种子源提供低功率或能量的单频脉冲激光，所述隔离器用于防止放大器的反向光对所述单频脉冲种子源的工作稳定性的影响；
[0007]所述单频脉冲激光经泵浦和信号合束器的信号端注入级联光纤结构进行放大，泵浦/信号合束器的泵浦端连接多模泵浦源，抽运级联光纤结构内的有源光纤，泵浦/信号合束器用于将多模泵浦源和单频脉冲激光耦合进级联光纤结构，所述级联光纤结构用于对单频脉冲激光进行放大，最终输出高光束质量、高能量的单频脉冲激光；
[0008]所述级联光纤结构由一段具有低稀土离子掺杂浓度的单模有源光纤，一段具有高稀土离子掺杂浓度的多模有源光纤，和一段单模无源光纤依次连接构成。
[0009]其中，所述单模有源光纤、多模有源光纤、单模无源光纤均为双包层光纤，且内包层尺寸相同。
[0010]进一步地，所述单模有源光纤具有较低增益系数，避免种子光较低功率水平引起的ASE导致光谱纯净度降低。
[0011]进一步地，所述多模有源光纤的长度满足其输出端为信号光多模干涉的自成像点，保证信号光能量耦合进单模无源光纤的纤芯。
[0012]进一步地，所述单模无源光纤在满足滤除剩余泵浦光功能的基础上，缩短长度，避免高能量单频激光在单模无源光纤传输过程中SBS增益的积累。
[0013]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0014]1、本专利技术在级联光纤放大结构中，使用低稀土离子掺杂浓度的双包层单模有源光纤对单频脉冲种子源进行预防大，有效避免了传统光纤放大结构因种子源较低功率造成的光谱纯净度劣化及信号光放大效率降低；
[0015]2、本专利技术在级联光纤放大结构中，利用多模有源光纤的大纤芯尺寸，成功抑制了单频激光功率放大的SBS效应；此外，结合多模有源光纤的高储能优势，可顺利实现单频脉冲的高能量放大；
[0016]3、本专利技术所采用的级联光纤放大结构自身构成多模干涉结构，通过选取满足信号光多模干涉自成像的光纤长度，实现高能量信号光向单模无源光纤纤芯的高效率耦合，结合级联的单模无源光纤保证了高能量单频激光的高光束质量输出；
[0017]4、本专利技术所提出的单频脉冲激光放大器，仍为全石英光纤结构，可实现低损耗、高机械强度熔接，相比于基于多组分玻璃光纤以及基于光子晶体光纤的高能量单频脉冲激光放大技术，本专利技术具有技术门槛低、易于全光纤化系统集成的应用优势；
[0018]5、本专利技术所提出的单频脉冲激光全光纤放大器，突破了基于均匀掺杂浓度、均匀尺寸光纤的传统单频脉冲放大器的能量水平，能够作为具有高相干性、高能量和高集成性的激光源，支撑相干激光雷达、遥感在远距离探测领域的应用。
附图说明
[0019]图1为一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器的光路示意图；
[0020]图2为级联光纤结构的示意图。
[0021]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0022]1：单频脉冲种子源；
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2：隔离器；
[0023]3：多模泵浦源；
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4：泵浦/信号合束器；
[0024]5：级联光纤结构；
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1：单模有源光纤；
[0025]5‑
2：多模有源光纤；
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3：单模无源光纤。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0027]实施例1
[0028]一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，参见图1，该放大器包括：单频脉冲种子源1、隔离器2、多模泵浦源3、泵浦/信号合束器4、级联光纤结构5。
[0029]其中，单频脉冲种子源1与隔离器2相连，单频脉冲种子源提供低功率/能量的单频脉冲激光，隔离器2用于防止放大器的反向光对单频脉冲种子源1的工作稳定性的影响。单频脉冲激光经泵浦/信号合束器4的信号端注入级联光纤结构5进行放大。多模泵浦源3连接泵浦/信号合束器4的泵浦端用于抽运级联光纤结构5内的有源光纤，泵浦/信号合束器4用于将多模泵浦源激光和单频脉冲激光耦合进级联光纤结构5，级联光纤结构5用于对单频脉冲激光进行高效放大。
[0030]其中，级联光纤结构5由一段具有低稀土离子掺杂浓度的单模有源光纤，一段具有高稀土离子掺杂浓度的多模有源光纤，和一段单模无源光纤依次连接构成。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，其特征在于，所述全光纤放大器包括：单频脉冲种子源与隔离器相连，单频脉冲种子源提供低功率或能量的单频脉冲激光，所述隔离器用于防止放大器的反向光对所述单频脉冲种子源的工作稳定性的影响；所述单频脉冲激光经泵浦和信号合束器的信号端注入级联光纤结构进行放大，泵浦/信号合束器的泵浦端连接多模泵浦源，抽运级联光纤结构内的有源光纤，泵浦/信号合束器用于将多模泵浦源和单频脉冲激光耦合进级联光纤结构，所述级联光纤结构用于对单频脉冲激光进行放大，最终输出高光束质量、高能量的单频脉冲激光；所述级联光纤结构由一段具有低稀土离子掺杂浓度的单模有源光纤，一段具有高稀土离子掺杂浓度的多模有源光纤，和一段单模无源光纤依次连接构成。2.根据权利要求1所述的一种应用于提升单频脉冲激...

【专利技术属性】
技术研发人员：付士杰，史朝督，史伟，盛泉，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：