CN100428585C - 双波长脉冲光纤激光系统 - Google Patents

双波长脉冲光纤激光系统 Download PDF

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一种双波长脉冲光纤激光系统，其特点是包括一段铒镱共掺大模面积的双包层光纤，该双包层光纤输出端面熔接一段磨抛成一定角度的空芯光纤的光纤帽，由多个带尾纤输出的激光二极管组成的泵浦光源，该泵浦光源通过泵浦耦合器将泵浦光耦合进所述的双包层光纤输入端的内包层，两垂直放置的第一种子光源和第二种子光源发出的种子光经45°双色片合成为一束，通过一光学耦合系统耦合入所述的双包层光纤输入端的纤芯，分别在所述的第一种子光源与所述的45°双色片之间、第二种子光源与45°双色片之间各放置一对应波长的第一光隔离器和第二光隔离器。本发明具有系统稳定、结构紧凑、泵浦效率高的特点，能够获得高能量、光束质量好的双波长脉冲激光输出。

Description

双波长脉冲光纤激光系统
技术领域
本发明涉及光纤激光器，特别是一种双波长脉冲光纤激光系统。
背景技术
多波长光纤激光器在光纤传感、光谱分析以及密集波分复用光纤通信系统中有着十分重要的作用。在先技术中，采用种子脉冲主振荡放大技术，增益介质为铒镱共掺大模面积双包层光纤，经过两级放大，包层泵浦的饵镱共掺光纤放大器实现了1563nm波长处的87W的单频放大激光输出。参见在先技术[Electron.Lett.39：1717-1719，2003]，但光路较复杂，整个系统的稳定性不高，实现起来较困难。要提高脉冲光纤激光器或放大器的输出功率，关键在于如何高效耦合抽运光及提高抽运功率。在先技术中，脉冲光纤激光器或放大器是通过聚焦使泵浦光进入光纤的两端，通过使用双色片实现泵浦光和种子光进入双包层光纤，参见在先技术[Electron.Lett.35：1158-1160，1999]。由于一根光纤只有两个端面，较大功率的半导体泵浦激光从端面进入内包层，容易造成端面的热损伤，这就限制了进入内包层的泵浦光功率的增加，从而限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用双色片实现泵浦光和种子光的同时进入，参见在先技术[CLEO2002，591-592]，对实现种子光高反和泵浦光高透的双色片有很高要求，且必须同时实现种子光进入纤芯和泵浦光进入内包层，技术难度较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服在先技术的不足，提供一种双波长脉冲光纤激光系统，以提高该系统的稳定性、紧凑性和输出功率，以获得高能量、光束质量好的双波长脉冲激光输出。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于包括一段铒镱共掺大模面积的双包层光纤，该双包层光纤输出端面熔接由一段空芯光纤磨抛成一定角度的“光纤帽”，由多个带尾纤输出的激光二极管组成的泵浦光源，该泵浦光源通过泵浦耦合器将泵浦光耦合进所述的双包层光纤输入端的内包层，两垂直放置的第一种子光源和第二种子光源发出的种子光经45°双色片合成为一束，通过一光学耦合系统耦合入所述的双包层光纤输入端的纤芯，分别在所述的第一种子光源与所述的45°双色片之间、第二种子光源与45°双色片之间各放置一对应波长的第一光隔离器和第二光隔离器。
所述的铒镱共掺大模面积双包层光纤的纤芯直径＞10μm，数值孔径为0.05～0.06。
所述的第一种子光源为调Q的Nd:YAG激光器，或是脉冲光纤激光器。所述的第二种子光源为调Q的掺铒脉冲光纤激光器。
所述的泵浦光源由多个带尾纤输出的激光二极管组成，其波长与双包层光纤纤芯材料的吸收波长相匹配。
所述的泵浦耦合器由多根独立的多模光纤和1根单模光纤组成，其中多根独立的多模光纤作为泵浦光纤，用于和多个激光二极管的尾纤熔接，所述的单模光纤用于种子光的注入。
所述的光学耦合系统是由球面透镜组构成的消色差的耦合系统，或是由非球面透镜构成的消色差的耦合系统，实现对第一种子光和第二种子光的同时聚焦，并且对这两个波长均镀增透膜。
所述的45°双色片是对第一种子光源发出的种子光高透，对第二种子光源发出的种子光高反的并与所述的种子光源发出的种子光束呈45°放置的双色片。
本发明的技术效果：
本发明的种子光脉冲的增益介质采用铒镱共掺大模面积双包层光纤，仅需单级放大，就能够实现平均功率近百瓦、光束质量好的双波长脉冲激光输出。
本发明采用多个激光二极管LD，通过泵浦耦合器对系统进行耦合泵浦，光学元件大为减少，突破了传统的端面耦合泵浦方式对泵浦光功率的限制，从而可以进一步提高脉冲光纤激光系统的输出功率。
此外，采用多个激光二极管作泵浦源，因此单个激光二极管无需半导体制冷，只需简单风冷即可，因此易于实现整机化，可制成体积小、重量轻、结构紧凑坚固、稳定性能好的脉冲光纤激光系统。
本发明中的泵浦光经泵浦耦合器，注入铒镱共掺大模面积双包层光纤的内包层，垂直放置的两个不同波长的种子源脉冲激光器发出的种子光经光学耦合系统聚焦，注入双包层光纤的纤芯，无需使用在先技术[CLEO2002，591-592]中的双色片，技术上较容易实现。
以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明的双波长脉冲光纤激光系统的结构示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本发明双波长脉冲光纤激光系统的结构示意图。由图可见，本发明双波长脉冲光纤激光系统，其构成包括一段铒镱共掺大模面积的双包层光纤9，该双包层光纤9输出端面熔接一段磨抛成一定角度的空芯光纤的“光纤帽10”，由多个带尾纤输出的激光二极管组成的泵浦光源7，该泵浦光源7通过泵浦耦合器8将泵浦光耦合进所述的双包层光纤9输入端的内包层，两垂直放置的第一种子光源1和第二种子光源4发出的种子光经45°双色片5合成为一束，通过一光学耦合系统6耦合入所述的双包层光纤9输入端的纤芯，分别在所述的第一种子光源1与所述的45°双色片5之间、第二种子光源与45°双色片5之间各放置一对应波长的第一光隔离器2和第二光隔离器3。
所说的铒镱共掺大模面积双包层光纤9的纤芯直径＞10μm，数值孔径为0.05～0.06。
所述的第一种子光源1为波长为1064nm调Q的Nd:YAG激光器，或是脉冲光纤激光器。
所述的第二种子光源4是波长为1540nm的调Q的掺饵脉冲光纤激光器。
所述的泵浦光源7由多个带尾纤输出的激光二极管组成，其波长与双包层光纤9纤芯材料的吸收波长相匹配。
所述的泵浦耦合器8由多根独立的多模光纤和1根单模光纤组成，其中多根独立的多模光纤作为泵浦光纤，用于和多个激光二极管的尾纤熔接，所述的单模光纤用于种子光的注入。
所述的光学耦合系统6是由球面透镜组构成的消色差的耦合系统，或是由非球面透镜构成的消色差的耦合系统，实现对第一种子光和第二种子光的同时聚焦，并且对这两个波长均镀增透膜。
所述的45°双色片5是对第一种子光源1发出的种子光高透，对第二种子光源4发出的种子光高反的并与所述的种子光源发出的种子光束呈45°放置的双色片。
在本实施例中，所述的双包层光纤9输出端面的光纤帽10之后还有一准直透镜11，以获得平行光输出。
其工作过程如下：垂直放置的两个不同波长的第一种子光源脉冲激光器1和第二种子光源脉冲激光器4发出的种子光经45°双色片5合成为一束，通过光学耦合系统6耦合入放大光纤9的纤芯。其中为了保证信号光的单向通过，保护种子光源，分别在第一种子光源脉冲激光器1、第二种子光源脉冲激光器4与45°双色片5之间各放置一对应波长的第一光隔离器2和第二光隔离器3。最后，对放大激光通过准直透镜11准直。采用该系统，就可得到高平均功率的双波长脉冲输出。
列举一个具体实施例的物理参数如下：
如图1所示，所述的第一种子光源1为调Q的Nd:YAG微片激光器，波长1064nm，重复频率10～100kHz，平均功率可达1W。第二种子光源4为调Q的掺饵脉冲光纤激光器，波长1540nm，重复频率10～100kHz，平均功率可达1W。45°双色片5对1064nm的第一种子光源脉冲激光器1发出的种子光高透，对1540nm的第二种子光源脉冲激光器4发出的种子光高反。泵浦光源7由6个中心波长位于975nm的带尾纤(200μm/0.22)的多模激光二极管组成，单个激光二极管的输出功率为25W～30W，总的最大输出功率为150～180W。泵浦耦合器8由6根独立的多模光纤和1根单模光纤组成，多模光纤的数值孔径均为0.22。6根多模光纤用于和6个激光二极管的尾纤熔接，1根单模光纤用于种子光的注入。铒镱共掺大模面积双包层光纤9的纤芯材料是掺杂Er3+离子和Yb3+离子的石英玻璃，在975nm波长处的小信号吸收为～2.5dB/m。铒镱共掺大模面积双包层光纤9长为4m，纤芯直径24μm，数值孔径0.20，内包层为D形(400μm/360μ)，数值孔径0.48。本实施例的高平均功率双波长脉冲光纤激光系统能够获得高能量、光束质量好的双波长脉冲激光输出，平均功率可达近百瓦。
综上所述，本发明双波长脉冲光纤激光系统，与在先技术相比，具有结构紧凑、泵浦均匀、泵浦效率较高的特点，能够获得高能量、光束质量好的双波长脉冲激光输出，

Claims (8)

1、一种双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于包括一段铒镱共掺大模面积的双包层光纤(9)，该双包层光纤(9)输出端面熔接由一段空芯光纤磨抛成一定角度的光纤帽(10)，由多个带尾纤输出的激光二极管组成的泵浦光源(7)，该泵浦光源(7)通过泵浦耦合器(8)将泵浦光耦合进所述的双包层光纤(9)输入端的内包层，两垂直放置的第一种子光源(1)和第二种子光源(4)发出的种子光经45°双色片(5)合成为一束，通过一光学耦合系统(6)耦合入所述的双包层光纤(9)输入端的纤芯，分别在所述的第一种子光源(1)与所述的45°双色片(5)之间、第二种子光源(4)与45°双色片(5)之间各放置一对应波长的第一光隔离器(2)和第二光隔离器(3)。
2、根据权利要求1所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所说的铒镱共掺大模面积双包层光纤(9)的纤芯直径＞10μm，数值孔径为0.05～0.06。
3、根据权利要求1所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所述的第一种子光源(1)为调Q的Nd:YAG激光器，或是脉冲光纤激光器。
4、根据权利要求1所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所述的第二种子光源(4)为调Q的掺铒脉冲光纤激光器。
5、根据权利要求1所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所述的泵浦光源(7)由多个带尾纤输出的激光二极管组成，其波长与双包层光纤(9)纤芯材料的吸收波长相匹配。
6、根据权利要求1所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所述的泵浦耦合器(8)由多根独立的多模光纤和1根单模光纤组成，其中多根独立的多模光纤作为泵浦光纤，用于和多个激光二极管的尾纤熔接，所述的单模光纤用于种子光的注入。
7、根据权利要求1所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所述的光学耦合系统(6)是由球面透镜组构成的消色差的耦合系统，或是由非球面透镜构成的消色差的耦合系统，实现对第一种子光和第二种子光的同时聚焦，并且对这两个波长均镀增透膜。
8、根据权利要求1至7任一项所述的双波长脉冲光纤激光系统，其特征在于所述的45°双色片(5)是对第一种子光源(1)发出的种子光高透，对第二种子光源(4)发出的种子光高反的并与所述的第一种子光源和第二种子光源发出的种子光束呈45°放置的双色片。
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