CN102263358A - 高功率全光纤结构宽带超荧光光源 - Google Patents

高功率全光纤结构宽带超荧光光源 Download PDF

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一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，属于激光技术和非线性光学领域。本发明包括宽带超荧光种子源和光纤功率放大器两部分，第一多模半导体激光器、(2+1)x1泵浦合束器、第一掺杂光纤、隔离器以及第一泵浦光剥离器一起构成宽带超荧光种子源。第二多模半导体激光器、第一(n+1)x1泵浦合束器、第二掺杂光纤、第二(n+1)x1泵浦合束器、第三多模半导体激光器、第二泵浦光剥离器以及光纤端帽一起构成光纤功率放大器。多模半导体激光器反向抽运双包层掺杂光纤产生的宽带超荧光作种子源，经过光纤功率放大器后输出功率达到近千瓦水平。光纤超荧光光源具有输出功率稳定、无驰豫振荡、无自脉冲、无纵模跳跃等优点。

Description

高功率全光纤结构宽带超荧光光源
技术领域
本发明涉及一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，属于激光技术和非线性光学领域。
背景技术
超荧光(Superfluorescence)是介于激光与荧光之间的一种过渡状态，是放大的自发辐射(Amplified Spontaneous Emission)，故超荧光源又称为ASE光源。基于稀土掺杂光纤的宽带超荧光光源与传统的超辐射发光二极管(SDL)光源相比，超荧光光源具有输出功率高、荧光谱线宽、使用寿命长等优点；此外，超荧光光源与激光相比，超荧光光源具有无自脉冲、无驰豫振荡、无模式竞争、极高时间稳定性等突出优点。因此性能优良的超荧光光源已经广泛应用于光学层析、医学诊断、光谱检测以及光纤通信等领域。高功率光纤激光器，通常由低功率种子源和多级功率放大器组成。低功率种子源决定激光输出的波长、线宽等关键参数，功率放大器决定种子源信号的单程增益及最高可达功率。传统光纤激光器受到功率放大器单程最大增益(一般为23dB)的制约，因此高功率(千瓦级)光纤激光器的功率放大级一般包括多级。由于超荧光种子源的宽带光谱以及种子源的高度稳定性，光纤超荧光光源能够实现40dB的单程饱和增益，因此使用宽带超荧光光源作为种子源可以减少光纤功率放大器的级数，在提高系统稳定性的同时，还大大降低了激光系统的成本，因此高功率全光纤结构的超荧光光源有望成为一种新型的高功率、高亮度光纤光源广泛应用于科学研究、材料加工、国防工业等领域。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，包括宽带超荧光种子源和光纤功率放大器两部分。其特征在于：第一多模半导体激光器连接(2+1)x1泵浦合束器的泵浦输入端；(2+1)x1泵浦合束器的公共端连接第一掺杂光纤的一端；第一掺杂光纤的另一端切成8°角；(2+1)x1泵浦合束器的信号端连接隔离器；隔离器的另一端连接第一泵浦光剥离器，第一多模半导体激光器、(2+1)x1泵浦合束器、第一掺杂光纤、隔离器以及第一泵浦光剥离器一起构成宽带超荧光种子源。
第一(n+1)x1泵浦合束器的泵浦输入端连接第二多模半导体激光器；第一(n+1)x1泵浦合束器的信号端连接第一泵浦光剥离器的另一端；第一(n+1)x1泵浦合束器的公共端连接第二掺杂光纤的一端；第二掺杂光纤的另一端连接第二(n+1)x1泵浦合束器的公共端；第二(n+1)x1泵浦合束器的泵浦输入端连接第三多模半导体激光器；第二(n+1)x1泵浦合束器的信号端连接第二泵浦光剥离器的一端；第二泵浦光剥离器的另一端连接光纤端帽，第二多模半导体激光器、第一(n+1)x1泵浦合束器、第二掺杂光纤、第二(n+1)x1泵浦合束器、第三多模半导体激光器、第二泵浦光剥离器以及光纤端帽一起构成光纤功率放大器。
上述的第一(n+1)x1泵浦合束器、第二(n+1)x1泵浦合束器的泵浦输入端为n，1≤n≤200。
上述的第一多模半导体激光器、第二多模半导体激光器、第三多模半导体激光器的中心波长为λ，700nm≤λ≤1000nm。
上述的第一掺杂光纤、第二掺杂光纤为掺稀土元素中的一种或多种掺杂的单模光纤或多模大芯径光纤或光子晶体光纤。
上述的(2+1)x1泵浦合束器、第一掺杂光纤、隔离器、第一(n+1)x1泵浦合束器、第二接掺杂光纤、第二(n+1)x1泵浦合束器为保偏型或非保偏型。
上述的第一掺杂光纤的长度为L米，第一掺杂光纤对泵浦光的吸收率为adB/米，其中10≤aL≤1000。
本发明高功率全光纤结构宽带超荧光光源具有以下优点：
1、本发明采用多模半导体激光器包层泵浦双包层掺杂光纤，由于多模半导体激光器具有价格低廉及稳定性好，因此包层泵浦有利于降低激光系统的成本和系统复杂性。
2、本发明采用宽带超荧光光源作为种子源，由于超荧光光源无自脉冲、无驰豫振荡、无模式竞争、极高时间稳定性，因此种子光经过光纤功率放大器后更容易实现高功率输出。
3、本发明采用宽带超荧光光源作为种子源，由于超荧光光纤源单程饱和增益高(可达40dB)，因此使用宽带超荧光光源作为种子源可以减少光纤放大器的级数，提高系统稳定性的同时，大大降低了激光系统的成本，易于产业化应用。
附图说明
图1为实施例1高功率全光纤结构宽带超荧光光源原理结构图。
图中：1、第一多模半导体激光器，2、(2+1)x1泵浦合束器，3、第一掺杂光纤，4、隔离器，5、第二多模半导体激光器，6、第一(n+1)x1泵浦合束器，7、第二掺杂光纤，8、第三多模半导体激光器，9、第二(n+1)x1泵浦合束器，10、第一泵浦光剥离器，11、第二泵浦光剥离器，12、光纤端帽。
具体实施方式
下面结合图示1对本发明作进一步说明，但不仅限于以下实施例。
实施例1
一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源采用如图1所示的主振荡功率放大(MOPA)结构，主要包括宽带超荧光种子源和光纤功率放大器两部分。宽带超荧光种子源由输出功率为10W、中心波长为976nm的多模半导体激光器1；(2+1)x1结构的泵浦合束器2；6米长的掺镱双包层光纤3，掺镱双包层光纤3的纤芯直径为6.5μm，包层直径为128μm(975nm吸收率：3.3dB/m)；10W的偏振无关隔离器4以及泵浦光剥离器10组成。其中，输出功率为10W的多模半导体激光器1连接(2+1)x1泵浦合束器2的泵浦输入端；(2+1)x1泵浦合束器2的公共端连接6米长的掺镱双包层光纤3；掺镱双包层光纤3的另一端切成8°角；(2+1)x1泵浦合束器1的信号端连接10W的偏振无关隔离器4；偏振无关隔离器4的另一端连接泵浦光剥离器10的一端，由于(2+1)x1泵浦合束器2的信号端连接有偏振无关隔离器4，掺镱双包层光纤3的另一端面又切成8°角，所以无法形成激光谐振腔，采用输出功率为10W的多模半导体激光器1反向泵浦掺镱双包层光纤3后将在隔离器4的输出端输出瓦级功率的超荧光。
光纤功率放大器主要由2个(6+1)x1的泵浦合束器、12个多模半导体激光器；30米长的双包层掺镱光纤，泵浦光剥离器；高功率光纤端帽等组成。其中，(6+1)x1泵浦合束器6的泵浦输入端分别连接6个多模半导体激光器5，多模半导体激光器5的最大输出功率为100W，中心波长为915nm；(6+1)x1泵浦合束器6的信号端连接第一泵浦光剥离器10；(6+1)x1泵浦合束器6的公共端连接掺镱双包层光纤7，掺镱双包层光纤7的纤芯直径为20μm，包层直径为400μm；掺镱双包层光纤7的另一端连接另外一个(6+1)x1泵浦合束器9的公共端；(6+1)x1泵浦合束器9的泵浦输入端分别连接6个多模半导体激光器8，多模半导体激光器8的最大输出功率为100W，中心波长为915nm；(6+1)x1泵浦合束器9的信号端连接泵浦光剥离器11；泵浦光剥离器11的另一端连接高功率光纤端帽12。
超荧光种子源的输出端接连(6+1)x1泵浦合束器6的信号端后，超荧光种子光进入光纤功率放大器后输出功率将得到进一步的放大。由于超荧光种子源的宽带光谱、种子源的高度稳定性以及光纤超荧光光源能够实现40dB的单程饱和增益，因此瓦级水平的超荧光经过一级光纤功率放大器后输出功率也能达到近千瓦的水平。因此高功率超荧光光源具有非常广泛的应用前景。

Claims (6)

1.一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，包括宽带超荧光种子源和光纤功率放大器两部分；其特征在于：第一多模半导体激光器(1)连接(2+1)x1泵浦合束器(2)的泵浦输入端；(2+1)x1泵浦合束器(2)的公共端连接第一掺杂光纤(3)的一端；第一掺杂光纤(3)的另一端切成8°角；(2+1)x1泵浦合束器(2)的信号端连接隔离器(4)；隔离器(4)的另一端连接第一泵浦光剥离器(10)，第一多模半导体激光器(1)、(2+1)x1泵浦合束器(2)、第一掺杂光纤(3)、隔离器(4)以及第一泵浦光剥离器(10)一起构成宽带超荧光种子源；
第一(n+1)x1泵浦合束器(6)的泵浦输入端连接第二多模半导体激光器(5)；第一(n+1)x1泵浦合束器(6)的信号端连接第一泵浦光剥离器(10)的另一端；第一(n+1)x1泵浦合束器(6)的公共端连接第二掺杂光纤(7)的一端；第二掺杂光纤(7)的另一端连接第二(n+1)x1泵浦合束器(9)的公共端；第二(n+1)x1泵浦合束器(9)的泵浦输入端连接第三多模半导体激光器(8)；第二(n+1)x1泵浦合束器(9)的信号端连接第二泵浦光剥离器(11)的一端；第二泵浦光剥离器(11)的另一端连接光纤端帽(12)；第二多模半导体激光器(5)、第一(n+1)x1泵浦合束器(6)、第二掺杂光纤(7)、第二(n+1)x1泵浦合束器(9)、第三多模半导体激光器(8)、第二泵浦光剥离器(11)以及光纤端帽(12)一起构成光纤功率放大器。
2.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，其特征在于：所述的第一(n+1)x1泵浦合束器(6)、第二(n+1)x1泵浦合束器(9)的泵浦输入端为n，1≤n≤200。
3.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，其特征在于：所述的第一多模半导体激光器(1)、第二多模半导体激光器(5)、第三多模半导体激光器(8)的中心波长为λ，700nm≤λ≤1000nm。
4.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，其特征在于：所述的第一掺杂光纤(3)、第二掺杂光纤(7)为掺稀土元素中的一种或多种掺杂的单模光纤或多模大芯径光纤或光子晶体光纤。
5.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，其特征在于：所述的(2+1)x1泵浦合束器(2)、第一掺杂光纤(3)、隔离器(4)、第一(n+1)x1泵浦合束器(6)、第二接掺杂光纤(7)、第二(n+1)x1泵浦合束器(9)为保偏型或非保偏型。
6.根据权利要求1所述的一种高功率全光纤结构宽带超荧光光源，其特征在于：所述的第一掺杂光纤(3)的长度为L米，第一掺杂光纤(3)对泵浦光的吸收率为a dR/米，其中10≤aL≤1000。
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