CN102570269A

CN102570269A - 高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构

Info

Publication number: CN102570269A
Application number: CN2012100148086A
Authority: CN
Inventors: 何兵; 郑寄托; 周军; 范元媛; 代守军
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构，构成包括由带光纤尾纤的半导体激光器泵浦源、合束器、低反布拉格光纤光栅、增益光纤、高反布拉格光纤光栅和分束器，所述的合束器为（n+1）x1合束器，包括n根泵浦光输入光纤和1根中心主光纤，所述的分束器为1分m路的分束器，所述的泵浦源的n－m个半导体激光器的尾纤与所述的合束器的n－m根输入光纤相连，该合束器的输出端经过所述的低反布拉格光纤光栅、增益光纤、高反布拉格光纤光栅和分束器的输入端相连，该分束器的m个输出光纤与所述的合束器m根输入光纤相连。本发明可以有效提高现有的高功率光纤激光器反向泵浦结构对泵浦光的利用率。

Description

高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构

技术领域

本发明涉及全光纤激光器，特别是一种高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构。

技术背景

原有的高功率全光纤激光器反向泵浦结构如图2所示，由带尾纤的半导体激光器泵源201、合束器202、低反布拉格光纤光栅203、掺杂双包层增益光纤204、高反布拉格光纤光栅205以及吸光散热装置206组成。

激光由低反布拉格光纤光栅处输出，其经过合束器的方向与泵浦光进入合束器的方向相反。泵浦光单程通过低反布拉格光纤光栅、掺杂双包层增益光纤、高反布拉格光纤光栅，未被吸收的剩余泵浦光透过高反布拉格光纤光栅输出，与输出激光方向相反，并打入吸光散热装置中。

在具体实验中发现，对于高功率应用，会产生相当可观的剩余的泵浦光，即使通过增加掺杂双包层增益光纤吸收系数和长度，来提高对剩余泵浦光的吸收，仍然不能满足具体应用的要求，并且吸收系数过高则热效应会更加明显，增益光纤过长则光纤成本上升、盘绕空间增大，且在窄线宽应用中容易出现非线性效应。对于数十瓦的剩余泵浦光，目前通常专门设置吸光散热装置，甚至制冷装置，增加了能耗，且存在隐患。

发明内容

为有效解决了上述现有技术的问题，本发明提供一种高功率全光纤激光器的环形泵浦结构，以有效提高现有的高功率全光纤激光器反向泵浦结构对泵浦光的利用率。

本发明的技术解决方案如下：

一种高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构，特点在于其构成包括由带光纤尾纤的半导体激光器泵浦源、合束器、低反布拉格光纤光栅、增益光纤、高反布拉格光纤光栅和分束器，所述的合束器为（n+1）x1合束器，包括n根泵浦光输入光纤和1根中心主光纤，所述的分束器为1分m路分束器，所述的作为泵浦源的n－m个半导体激光器的尾纤与所述的合束器的n－m根输入光纤相连，该合束器的输出端经所述的低反布拉格光纤光栅、增益光纤、高反布拉格光纤光栅和分束器的输入端相连，该分束器的m个输出光纤与所述的合束器m根输入光纤相连。

所述的合束器的输入端n为大于m+1的正整数，m为大于等于2的正整数。

本发明的特点在于通过利用反向泵浦结构可以使剩余泵浦光输出方向和激光输出方向分离，进而采用环形结构可以使剩余泵浦光重新进入腔内被循环利用。而通过使用分束器、合束器的组合，解决了光纤尺寸的匹配，并扰乱剩余的完全不经过纤芯的剩余泵浦光在光纤包层中的传播路径，提高其进入光纤纤芯被吸收的机会，从而进一步提高泵浦光的利用率。

附图说明

图1为本发明高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构框图。

图2为原有的高功率全光纤激光器反向泵浦结构图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为本发明高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构框图。由图可见，本发明高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构，其构成包括由带光纤尾纤的半导体激光器泵浦源101、合束器102、低反布拉格光纤光栅103、增益光纤104、高反布拉格光纤光栅105和分束器106，所述的合束器102为（n+1）x1合束器，包括n根泵浦光输入光纤和1根中心主光纤，所述的分束器为1分m路分束器，所述的作为泵浦源101的n－m个半导体激光器的尾纤与所述的合束器102的n－m根输入光纤相连，该合束器102的输出端经所述的低反布拉格光纤光栅103、增益光纤104、高反布拉格光纤光栅105和分束器106的输入端相连，该分束器106的m根输出光纤与所述的合束器102的m根输入光纤相连。

低反布拉格光纤光栅、掺杂双包层增益光纤、高反布拉格光纤光栅构成谐振腔，半导体激光器泵浦光及上轮未被吸收的泵浦光经合束器合束后进入谐振腔中，激光在两光纤光栅间的双包层光纤的纤芯中产生，由低反布拉格光纤光栅处输出，并最后反向经过合束器输出，方向与泵浦光进入合束器的方向相反。

经合束器合束后的泵浦光依次通过低反布拉格光纤光栅、掺杂双包层增益光纤、高反布拉格光纤光栅，未被吸收的剩余泵浦光透过高反布拉格光纤光栅输出，经分束器分束，再次进入合束器泵浦纤，与半导体激光器泵浦光合束后，开始下一轮循环，从而得到了重复利用。

设初始半导体激光器进入谐振腔的功率为P₀，并设经第一次循环后剩余泵浦光进入合束器的功率为kP₀，0<k<1，则第一次循环后入腔功率为P₁=P₀ +kP₀；再设第n-1次循环后入腔功率为P_n-1，则第n次循环后入腔功率为P_n=P₀+kP_n-1。变换此公式可得P_n- P₀/(1-k)=k(P_n-1-P₀/(1-k))，可将P_n- P₀/(1-k)视为系数为k的等比数列项a_n，有a_n=ka_n-1。由等比数列的性质可知，因0<k<1，故当n→∞时，a_n=0，即P_n- P₀/(1-k)=0，说明经过多次循环后，入腔泵浦功率将迅速稳定为P_n=P₀/(1-k)，由实际k值一般在0.1以下，可知P_n略大于P₀， P_n不会积累至无穷大。

现举一组器件参数，用以说明一个具体的实施例，如图1所示。

选用4个的带光纤尾纤的半导体激光器作为泵浦，尾纤尺寸为200 /220（纤芯直径/包层直径,单位为μm），中心波长为975nm。

选用1个（6+1）束合成1束的合束器，其中6根泵浦光纤为单包层传能光纤,尺寸为200 /220（纤芯直径/包层直径,单位为μm），1根中心纤为双包层光纤，尺寸为20/400（纤芯直径/内包层直径，单位为μm）。其中4根泵浦光纤熔接上半导体激光器泵源的尾纤，2根泵浦光纤与所述的分束器的输出纤相熔接。

低反布拉格光纤光栅103对激光波长1080nm波段低反，反射率约为10%；高反布拉格光纤光栅105对激光波长1080nm波段高反，反射率大于99.9%；增益光纤10为纤芯掺镱的光纤，长20m，吸收系数为1.26dB/m。所述的低反布拉格光纤光栅103、高反布拉格光纤光栅105和增益光纤10所用光纤均为双包层光纤，尺寸为20/400（纤芯直径/内包层直径，单位为μm）。

分束器106输入端为包层直径为400μm的单包层光纤，分为两束包层直径为200μm的光纤。

经合束器102合束后的泵浦光依次通过低反布拉格光纤光栅103、掺杂双包层增益光纤104、高反布拉格光纤光栅105，未被吸收的剩余泵浦光透过高反布拉格光纤光栅105输出，经分束器106分束，再次进入合束器102的泵浦纤，与半导体激光器泵浦光合束后，开始下一轮循环，从而得到了重复利用。

Claims

1.一种高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构，其特征在于其构成包括由带光纤尾纤的半导体激光器泵浦源（101）、合束器（102）、低反布拉格光纤光栅（103）、增益光纤（104）、高反布拉格光纤光栅（105）和分束器（106），所述的合束器（102）为（n+1）x1合束器，包括n根泵浦光输入光纤和1根中心主光纤，所述的分束器为1分m路的分束器，所述的作为泵浦源（101）的n－m个半导体激光器的尾纤与所述的合束器（102）的n－m根输入光纤相连，该合束器（102）的输出端经所述的低反布拉格光纤光栅（103）、增益光纤（104）、高反布拉格光纤光栅（105），和分束器（106）的输入端相连，该分束器（106）的m根输出光纤与所述的合束器（102）的m根输入光纤相连。

2.根据权利要求1所述的高功率全光纤激光器的环形反向泵浦结构，其特征在于所述的合束器（102）的输入端n为大于m+1的正整数，m为大于等于2的正整数。