【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种抗反射级联泵浦光纤激光器。
技术介绍
1、传统的光纤激光器通常采用半导体激光器（ld）作为泵浦源，激发增益光纤中的掺杂稀土离子通过受激辐射来产生激光。镱离子在石英玻璃基质中具有溶解度高、能级结构简单、吸收和发射带较宽等物理特性，相比其他稀土元素更容易实现高功率激光输出。商用光纤激光器通常以输出976/915 nm波长的ld作为泵浦源，以掺镱光纤增益产生目标波长1000~1100 nm波段的红外激光。
2、ld泵浦方案结构简单，集成便捷，在低功率情况下使用极为方便，可以实现小型化和轻量化，发挥光纤激光器的优势。但其仍然存在较大的弊端，亮度较低且量子亏损较大，这就导致在数十千瓦量级的高功率领域泵浦注入极难，同时热负载严重。
3、级联泵浦方案正是为了解决这一难题而提出的。在传统一次泵浦（对应一次波长转换）之上增加了一级中间过渡波长，通过两次级联转换实现目标波长的激光输出，该方案因此被称为二次泵浦，又叫级联泵浦和同带泵浦（二次泵浦波长和目标波长位于同一能带）。如图1和图2所示，在掺镱光纤激光器中，常规泵浦波长为976 nm，目标波长为1080 nm，增加的中间过渡波长为1018 nm。在级联泵浦的第一阶段泵浦中，其原理同一次泵浦，仅是目标波长的变化。在第二阶段的泵浦中，泵浦光由原来的低亮度ld激光变为较高亮度的光纤激光（亮度高约3个数量级），在不改变光纤参数的前提下，相比ld可以注入近2~3个数量级倍数的泵浦激光，解决了高功率注入的问题。此外，由于1018与1080之间
4、传统高功率连续光纤激光器主要有光纤振荡器和光纤放大器两种结构。前者通过一对光纤光栅和增益光纤构成光学谐振腔，具有结构简单的特点。后者一般基于主振荡功率放大（master oscillator power amplifier，简称mopa）结构，以振荡器为种子源，通过光纤放大器进行一级或多级功率实现功率大幅放大，具有结构灵活及参数调控多样化的优势。级联泵浦由于只改变泵浦源的结构和波长，不会影响信号增益部分的光纤结构，因此既能直接用于光纤振荡器也能用于光纤放大器。
5、基于级联泵浦技术，无论是振荡器还是放大器均提出了诸多高功率光纤激光器新型设计。但是，这些设计有意或无意中均忽略了其中两个重要的问题。
6、第一个问题是在信号光（1080 nm）与泵浦光（1018 nm）传播方向相反的反向泵浦或双向泵浦的反向部分中，部分信号光会在泵浦信号合束器（通常为（6+1）×1或（18+1）×1，以下简称合束器）中泄露至泵浦臂，尤其是在光束质量较差的情况下该现象会极为严重，泄露的1080 nm波长激光会沿着泵浦光纤传输至1018 nm激光器并进入1018 nm谐振腔中进而产生寄生振荡，破坏1018 nm谐振腔的正常运转，严重情况下会出现烧毁。在传统ld泵浦情形下泵浦光（波长为976/915 nm）也会沿着泵浦臂泄露至泵浦源，但此时泵浦源为ld，大多数ld抗反射能力都很强，因此该问题可以被忽略。但级联泵浦情况下泵浦源为一个谐振腔，其单谐振腔抗反射阈值极低（经过实际测试中经验总结，300 w输出功率的1018 nm谐振腔在回光1 w时即有很大可能出现故障而无法出光，经检查内部已烧毁），高功率下该问题无法再被简单忽略，必须重视。
7、如图3所示，第二个问题是在双向泵浦过程中，由于1018 nm吸收截面过低，即使通过高浓度掺杂和增大纤芯等手段，增益光纤1018 nm总吸收强度百分比通常也只能达到10db左右量级，这就意味着有近10%左右的1018 nm残余泵浦激光无法被吸收，会在对应的反向合束器泄露至泵浦臂（正向残余从反向合束器泵浦臂泄露，反向残余泵浦从正向合束器泵浦臂泄露），然后同样顺着泵浦臂进入1018 nm激光器谐振腔，当功率上升到一定程度时损坏谐振腔，导致泵浦源无法工作。
8、因此，在级联泵浦技术实际应用时，当无法较好地在合束器制备中控制激光泄漏时，实验者更倾向于选择使用单向泵浦方案，尤其是正向泵浦方案来避免上述两个重要问题的出现。但是众所周知，反向泵浦在受激拉曼散射和受激布里渊散射等非线性抑制上相比正向泵浦具有显著改善，双向泵浦在模式不稳定阈值方面也有一定改善，从光学特性上看其重要性高于正向泵浦。考虑到该因素，如何将级联泵浦技术安全地应用在反向和双向泵浦技术，成为级联泵浦技术研究中的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种抗反射级联泵浦光纤激光器，可安全地滤除泵浦信号泵浦臂漏光。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种抗反射级联泵浦光纤激光器，包括：种子源激光器、信号纤反向包层功率剥离器、第一激光器、泵浦源正向包层功率剥离器、增益光纤、泵浦源反向包层功率剥离器、泵浦源倾斜光栅、第二激光器、信号纤正向包层功率剥离器和放大器；
4、所述第一激光器与所述泵浦源正向包层功率剥离器连接；所述种子源激光器和所述信号纤反向包层功率剥离器连接；所述泵浦源正向包层功率剥离器和所述信号纤反向包层功率剥离器均与所述增益光纤的一端连接；所述泵浦源反向包层功率剥离器、所述泵浦源倾斜光栅和所述第二激光器依次连接；所述信号纤正向包层功率剥离器和所述放大器连接；所述泵浦源反向包层功率剥离器和所述信号纤正向包层功率剥离器均与所述增益光纤的另一端连接。
5、可选地，还包括第一合束器；所述第一合束器的一端与所述泵浦源正向包层功率剥离器连接；所述第一合束器的另一端与所述增益光纤连接。
6、可选地，所述第一激光器、所述泵浦源正向包层功率剥离器和所述第一合束器均有多个；所述第一激光器与所述泵浦源正向包层功率剥离器的数量相同；所述第一合束器的数量是所述第一激光器数量的一半。
7、可选地，还包括模场适配器；所述模场适配器的一端与所述种子源激光器连接；所述模场适配器的另一端与所述信号纤反向包层功率剥离器连接。
8、可选地，还包括第二合束器；所述第一合束器和所述信号纤反向包层功率剥离器均与所述第二合束器的一端连接；所述第二合束器的另一端与所述增益光纤连接。
9、可选地，还包括第三合束器；所述第三合束器的一端与所述增益光纤连接；所述第三合束器的另一端分别与所述泵浦源反向包层功率剥离器和所述信号纤正向包层功率剥离器连接。
10、可选地，还包括第四合束器；所述第四合束器的一端与所述第三合束器的另一端连接；所述第四合束器的另一端与所述泵浦源反向包层功率剥离器连接。
11、可选地，所述第四合束器、所述泵浦源反向包层功率剥离器、所述泵浦源倾斜光栅和所述第二激光器均设有多个；所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，包括：种子源激光器、信号纤反向包层功率剥离器、第一激光器、泵浦源正向包层功率剥离器、增益光纤、泵浦源反向包层功率剥离器、泵浦源倾斜光栅、第二激光器、信号纤正向包层功率剥离器和放大器；
2.根据权利要求1所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括第一合束器；所述第一合束器的一端与所述泵浦源正向包层功率剥离器连接；所述第一合束器的另一端与所述增益光纤连接。
3.根据权利要求2所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，所述第一激光器、所述泵浦源正向包层功率剥离器和所述第一合束器均有多个；所述第一激光器与所述泵浦源正向包层功率剥离器的数量相同；所述第一合束器的数量是所述第一激光器数量的一半。
4.根据权利要求1所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括模场适配器；所述模场适配器的一端与所述种子源激光器连接；所述模场适配器的另一端与所述信号纤反向包层功率剥离器连接。
5.根据权利要求2所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括第二合束器；所述第一合束器和所述信号纤反向包层
6.根据权利要求1所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括第三合束器；所述第三合束器的一端与所述增益光纤连接；所述第三合束器的另一端分别与所述泵浦源反向包层功率剥离器和所述信号纤正向包层功率剥离器连接。
7.根据权利要求6所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括第四合束器；所述第四合束器的一端与所述第三合束器的另一端连接；所述第四合束器的另一端与所述泵浦源反向包层功率剥离器连接。
8.根据权利要求7所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，所述第四合束器、所述泵浦源反向包层功率剥离器、所述泵浦源倾斜光栅和所述第二激光器均设有多个；所述泵浦源反向包层功率剥离器、所述泵浦源倾斜光栅和所述第二激光器的数量相同；所述第四合束器的数量为所述第二激光器数量的一半。
...【技术特征摘要】
1.一种抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，包括：种子源激光器、信号纤反向包层功率剥离器、第一激光器、泵浦源正向包层功率剥离器、增益光纤、泵浦源反向包层功率剥离器、泵浦源倾斜光栅、第二激光器、信号纤正向包层功率剥离器和放大器；
2.根据权利要求1所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括第一合束器；所述第一合束器的一端与所述泵浦源正向包层功率剥离器连接；所述第一合束器的另一端与所述增益光纤连接。
3.根据权利要求2所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，所述第一激光器、所述泵浦源正向包层功率剥离器和所述第一合束器均有多个；所述第一激光器与所述泵浦源正向包层功率剥离器的数量相同；所述第一合束器的数量是所述第一激光器数量的一半。
4.根据权利要求1所述的抗反射级联泵浦光纤激光器，其特征在于，还包括模场适配器；所述模场适配器的一端与所述种子源激光器连接；所述模场适配器的另一端与所述信号纤反向包层功率剥离器连接。
5.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：李峰云，楚秋慧，舒强，刘玙，张昊宇，闫玥芳，郭超，冯玉祥，董克攻，史仪，张春，黄珊，黄伶俐，陶汝茂，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：
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