一种光产生和放大系统包括一段具有折射率分布并且在其工作波长上具有正常色散的激光激活滤波器光纤，该折射率分布抑制在比目标波长更长的波长下的不希望的斯托克斯级。在所述光纤的输入端和输出端处提供一系列嵌套反射器件，并且该系列嵌套反射器件被配置为提供一系列嵌套拉曼腔体，该系列嵌套拉曼腔体在波长上分开大约相应的斯托克斯频移。该系列中的第一腔体是组合腔体，其提供由在选定的第一波长下的离子增益和反馈的组合导致的激光振荡，并且当在所述第一波长下的频移具有超过拉曼散射阈值的能量时向所述第一波长的第一斯托克斯频移下的光提供拉曼增益。拉曼腔体提供在所述第一波长和所述目标波长之间的逐步转换。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及光纤装置和方法，并且更具体地涉及基于滤波器光纤的改进的级联拉曼光纤激光器系统。
技术介绍
级联拉曼光纤激光器(cascaded Raman fiber laser，CRFL)是用于产生在无法获得稀土离子增益的波长下的激光输出的有用装置。CRFL提供从开始波长向选定的目标波长的逐步转换。该逐步转换是通过在适当的拉曼增益介质中一个或多个拉曼级的级联激光发射产生的。例如通过对应的一系列嵌套的串联(in-line)反射光栅对在增益介质中产生一系列嵌套的拉曼腔体。通过前面的腔体中的拉曼散射引入的相应的拉曼斯托克斯频移将该系列中的每个连续的腔体的波长与前面的腔体分离。典型地使用高功率连续波(CW)激光器(如包层泵浦的掺％光纤激光器)来泵浦CRFL。图1是当前的CRFL系统配置20的图，在该系统中展示了在1480nm下41W功率的系统输出。单模1480nm的系统输出70适于用作用于掺铒光纤激光器(EDFL)或掺铒光纤放大器(EDFA)的纤芯泵浦的高功率泵浦。如图1中所示，系统20包括两个级整体掺％ 光纤激光器40和级联拉曼谐振器(CRR) 60。在激光器40中，由在IOOOnm至1200nm的区域内工作的一段双包层掺Yb光纤42 提供激活增益介质。在光纤42的输入端44提供高反射光栅HR1，并且在光纤42的输出端 46提供输出耦合光栅0C1。高反射器件HR1、输出耦合器OCl和光纤42起到激光器腔体48 的作用。由利用锥形光纤束(tapered fiber bundle) TFBl耦合到光纤42的多个泵浦50 (例如多模915nm或975nm 二极管激光器)向光纤42提供泵浦功率。在本示例中，激光器输出 52是波长在1117nm的单模辐射。激光器输出52被用于将泵浦功率输入到级联拉曼谐振器60中。谐振器60包括具有小的有效面积和正常色散的拉曼激活光纤62。正常色散防止调制不稳定性，调制不稳定性会导致在高功率时产生超连续谱。小的有效面积导致高拉曼增益，并且因此可以产生多个斯托克斯级。在拉曼光纤的输入端64提供第一多个高反射光栅HR2-HR6，并且在拉曼光纤的输出端66提供第二多个高反射光栅HR7-HR11和输出耦合器0C2。附加的泵浦反射器件重复利用未使用的％辐射以增加效率。输入光栅HR2-HR6、输出光栅HR7-HR11和0C2以及拉曼光纤64提供一系列嵌套的拉曼腔体68。每个嵌套的拉曼腔体的相应波长被配置成在宽范围上产生一系列级联的斯托克斯频移，以通过一系列步骤将波长为1117nm的激光器输出增加到1480nm的目标波长。输出耦合器0C2提供1480nm的目标波长的系统输出70，该系统输出可随后被用于以基模泵浦EDFA或EDFL。现有技术的系统20受到多个已知的缺点和局限的影响。首先，在1480nm将输出功率增加到41W时，发现必须限制谐振器60中拉曼光纤62 的长度，以避免对位于1590nm的下一斯托克斯级的不希望的拉曼散射。此外，位于系统20中的不同波长和位置处的多个反射器件结合以产生耦合的腔体。将会看到，在1117nm的激光波长下有三个反射器件，即光栅HR1、0C1和HR7。通常这不会对在相对低功率工作的系统(例如，在1480nm下输出5W)造成问题。然而，近来，关于拉曼光纤激光器的功率调整(scaling)进行了研究。从CRR展示出上面提到的高达41W的功率水平。尽管从这种系统展示出高功率，但是图1中的装置的耦合腔体的特性对长期可靠工作具有严重影响。特别地，耦合腔体能够使该系统变得不稳定，并且产生相当高峰值功率的脉冲，从而损坏部件。特别发现激光器的高反射器件HRl是该系统中的薄弱环节，推测起来，这是由于通过它传播的高功率造成的，并且还观察到在包括例如使用系统20泵浦掺铒光纤激光器或放大器的各种条件下激光器的高反射器件HRl失效。另外，在拉曼激光器中产生的中间斯托克斯级的光可能传播回％放大器中并回到泵浦二极管，造成它们失效。此外，在第一斯托克斯频移下的光仍在％的增益带宽内，并且在到达二极管之前被放大。这显然也是有害的。
技术实现思路
本专利技术的各方面涉及包括滤波器光纤的光放大系统，在该滤波器光纤中具有腔体，该腔体将离子增益和非线性增益同时用于高功率级联拉曼激光发射。根据本专利技术的一个示例性光放大系统包括具有折射率分布的一段激光激活滤波器光纤，该激光激活滤波器光纤抑制在比目标波长更长的波长下的不希望的斯托克斯级， 并且在它的工作波长上具有正常色散。提供一系列嵌套的拉曼腔体，该系列拉曼腔体通过相应的斯托克斯频移在波长上分开。该系列中的第一拉曼腔体是结合腔体，该结合腔体向在选定的输入波长下的光输入提供离子增益，并且当光输入具有超过拉曼散射阈值的能量时向输入波长的第一斯托克斯频移下的光输入提供拉曼增益。该系列嵌套拉曼腔体中的每个连续的拉曼腔体在每个连续的斯托克斯频移下提供拉曼增益。从而该系列拉曼腔体提供输入波长和目标波长之间的逐步转换。适当的泵浦功率源将泵浦功率输入到该滤波器光纤中。为了减小工作阈值并改进装置效率和操作，被配置为提供离子增益的第一腔体嵌套在后续的腔体内，后续的腔体在第一和更高斯托克斯频移下提供拉曼增益。利用这种结构，在第一增益波长下的光不受到来自用于形成其它腔体的元件损耗的影响。在根据本专利技术的进一步描述的系统中，结合主振荡器功率放大器配置使用单腔体谐振器设计。附图说明图1是根据现有技术的激光器泵浦的级联拉曼谐振器系统的图。图2是根据本专利技术第一方面的示例性级联拉曼谐振器系统的图。6图3是示出图2中所示的级联拉曼谐振器的示例性波长和斯托克斯频移的表格。图4和图5是分别示出针对从IOOOnm到1480nm的级联拉曼散射设计的滤波器光纤的测得的损耗和测得的与计算的色散的一对曲线图。图6A和图6B是示出根据本专利技术另一方面的级联拉曼谐振器的示例性主振荡器功率放大器配置的图。图7和图8A-B是示出根据所描述的本专利技术各方面的总体技术的一对流程图。 具体实施例方式本专利技术的各方面涉及例如以20W以上的高功率泵浦级联拉曼谐振器(CRR)的系统和技术。如上面讨论的，较早的设计受到由嵌套的耦合腔体引起的不稳定性的影响。一个可能的解决方案是使用主振荡器功率放大器(master oscillator power amplifier, ΜΟΡΑ)配置，在该配置中整体高功率％光纤激光器的部件被分成低功率振荡器加上高功率放大器。MOPA配置允许使用适当的反向传播防止装置(如光纤耦合隔离器或波分复用器(WDM))将振荡器与放大器和级联拉曼谐振器有效隔离，从而得到能够以20W的连续波 (continuous wave, CW)功率可靠工作的系统。在2009年5月11日提交的61/177058号美国临时专利申请中描述了该方法，该临时申请由本申请的受让人拥有，并且其全部内容通过引用包含在本文中。然而，MOPA方法的一个潜在缺点是部件数增加。根据本专利技术的一个方面，由使用嵌套的耦合腔体引起的上述问题是通过使用由基于特别设计的掺％滤波器光纤的单腔体激光器提供级联拉曼放大的系统配置而被有效消除的。在当前描述的“合而为一(all-in-one)”的单腔设计中，级联拉曼谐振器和泵浦功率源被合并为单个结构。在该方法中，由掺杂离子提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·J·迪吉奥瓦尼，C·E·希德利，J·W·尼科尔森，
申请(专利权)人：OFS菲特尔有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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