CN102684050A - 激光放大器和具有其的激光放大系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光放大器和具有其的激光放大系统。所述激光放大器包括：增益光纤部件，所述增益光纤部件包括多个依次相连的增益光纤，沿着激光放大方向所述多个增益光纤的纤芯的直径依次增大；泵浦源，所述泵浦源用于向所述增益光纤部件照射泵浦光；和泵浦耦合器，所述泵浦耦合器设在所述泵浦源和所述增益光纤部件之间，用于将所述泵浦源发出的泵浦光耦合到所述增益光纤部件。根据本发明实施例的激光放大器，通过多个直径依次增大的增益光纤，可有效降低增益光纤中信号光、泵浦光的损耗，进而在提高光纤激光器的工作效率和输出功率水平的同时有效的降低功率密度进而抑制激光放大器的非线性效应。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别涉及一种激光放大器和具有其的激光放大系统。
背景技术
近年来，高功率光纤激光器研究成为激光领域一个新的发展方向。围绕如何提高光纤激光器输出功率这一问题，各国科研人员正不断付出努力，而如何设计放大级即有效地利用振荡级输出的种子激光成为现阶段有待解决的难题。
发明内容
本发明的第一方面在于提供一种具有上述增益光纤部件的激光放大器，该激光放大器的非线性效应能够被有效地抑制，从而降低信号光和泵浦光的损耗。
本发明的第二方面在于提供一种具有上述激光放大器的激光放大系统，该激光放大系统的非线性效应能够被有效地抑制。
根据本发明第一方面实施例的一种激光放大器，包括：增益光纤部件，所述增益光纤部件包括多个依次相连的增益光纤，沿着激光放大方向所述多个增益光纤的纤芯的直径依次增大；泵浦源，所述泵浦源用于向所述增益光纤部件照射泵浦光；和泵浦耦合器，所述泵浦耦合器设在所述泵浦源和所述增益光纤部件之间，用于将所述泵浦源发出的泵浦光耦合到所述增益光纤部件。
根据本发明实施例的激光放大器，通过多个直径依次增大的增益光纤，可有效降低增益光纤中信号光、泵浦光的损耗，进而在提高光纤激光器的工作效率和输出功率水平的同时有效的降低功率密度进而抑制激光放大器的非线性效应。
另外，根据本发明实施例的激光放大器，还可以具有如下附加技术特征：
每相邻的两个所述增益光纤之间通过过渡连接光纤连接，其中所述过渡连接光纤的纤芯的直径沿着激光放大方向逐渐增大且两端分别与所述相邻的两段增益光纤连接。
可选地，每相邻的两个所述增益光纤的包层的直径分别与将所述过渡连接光纤的包层的直径相同。由此，能够在整体上有效地抑制增益光纤部件的非线性效应，从而降低信号光和泵浦光的损耗。
或者可选地，所述过渡连接光纤的包层构成为将每相邻的所述增益光纤的包层过渡连接，且所述过渡连接光纤的包层的直径沿着激光放大方向逐渐增大。由此，进一步能够在整体上有效地抑制增益光纤部件的非线性效应，从而降低信号光和泵浦光的损耗。
可选地，彼此相邻的所述增益光纤通过熔融拉锥工艺或热扩散纤芯工艺熔接，形成所述过渡连接光纤。
可选地，所述增益光纤和/或所述过渡连接光纤中的掺杂粒子为Yb3+、Er3+、Tm3+、Nd3+、Ge3+、Pr3+、Ho3+、Dy3+或Eu3+。
可选地，所述泵浦源为泵浦灯或激光器。
可选地，所述激光器为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。
可选地，所述泵浦耦合器为端面泵浦耦合器或侧面泵浦耦合器。
根据本发明的第二方面的一种激光放大系统，包括相互连接的多个激光放大器，所述激光放大器为上述根据本发明第一方面所述的激光放大器。
根据本发明实施例的激光放大系统，激光放大系统中的增益光纤部件具有通过过渡连接光纤过渡连接的多个增益光纤，且在上述多个增益光纤中，激光传播路径上的下游的增益光纤的纤芯的直径比与之相邻的上游的增益光纤的纤芯的直径大。由此，能够有效地抑制激光放大系统的非线性效应。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的激光放大器的增益光纤部件的一个示例的示意图。
图2是本发明实施例的激光放大器的增益光纤部件的另一个示例的示意图。
图3至图6是根据本发明多个实施例的激光放大器的结构示意图。
图7是根据本发明实施例的激光放大系统的结构示意图。
符号说明：
1激光放大器；11增益光纤部件；12泵浦源；13泵浦耦合器；111增益光纤；112过渡连接光纤；1111、1121纤芯；1112、1122包层
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图7描述根据本发明第一方面实施例的激光放大器，所述激光放大器用于与种子源相连以将种子源输出的种子激光进行有效放大。
根据本发明实施例的激光放大器1，包括：增益光纤部件11、泵浦源12和泵浦耦合器13。
如图1和图2所示，增益光纤部件11包括多段依次相连的增益光纤111，沿着激光放大方向(例如图1和图2中从左到右的方向)所述多段增益光纤111的纤芯1111的直径依次增大。其中，多段增益光纤111的数量可以为两个、三个或多个，视具体放大级要求而定。
其中泵浦源12用于向增益光纤部件照射泵浦光。具体地，泵浦源12可以为激光领域中常用的各种泵浦源，只要能够实现其基本功能即可。在本发明的实施例中，例如可以采用泵浦灯以及半导体激光器、光纤激光器固体激光器等激光器等装置作为泵浦源12。
泵浦耦合器13设在泵浦源12和增益光纤部件11之间，用于将泵浦源12发出的泵浦光耦合到增益光纤部件11以对该增益光纤部件11进行泵浦，其可以具有各种形式，如端面泵浦耦合器、侧面泵浦耦合器或者二者的组合，只要能够实现其基本功能即可。
根据本发明实施例的激光放大器1，通过多个直径依次增大的增益光纤，可有效降低增益光纤中信号光、泵浦光的损耗，进而在提高光纤激光器的工作效率和输出功率水平的同时有效的降低功率密度进而抑制激光放大器1的非线性效应。
下面参考图1和图2具体描述增益光纤部件11的具体结构。
具体地，如图1和图2所示，相邻的两段增益光纤111a、111b之间通过过渡连接光纤112连接，其中过渡连接光纤112的纤芯1121的直径沿着激光放大方向逐渐增大且两端分别与相邻的两段增益光纤111a、111b连接。
在本发明的一个示例中，每相邻的两段增益光纤111a、111b的包层1112的直径分别与将过渡连接光纤112的包层1122的直径相同。例如如图1所示，以相邻的两段增益光纤111a、111b的直径分别为10μm、15μm为例、且包层的直径均为125μm进行说明。
具体地，两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112过渡连接，并且激光传播路径上的下游的增益光纤111b的纤芯1111的直径(即15μm)比与之相邻的上游的增益光纤111a的纤芯1111的直径(即10μm)大，且增益光纤111b的包层1112的直径(即125μm)与相邻的上游的增益光纤111a的包层1112b的直径(即125μm)相等。由此，就能够在整体上有效地抑制增益光纤部件11的非线性效应，从而降低信号光和泵浦光的损耗。
在本发明的另一个示例中，过渡连接光纤112的包层1122构成为将彼此相邻的增益光纤111a、111b的包层1112过渡连接，且过渡连接光纤112的包层1122的直径沿着激光放大方向逐渐增大。如图2所示，以相邻的两段增益光纤111a、111b的直径分别为10μm、20μm为例、且包层的直径分别为125μm、250μm进行说明。
具体地，两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112过渡连接，并且激光传播路径上的下游的增益光纤111b的纤芯1111的直径(即20)比与之相邻的上游的增益光纤111a的纤芯1111的直径(即10μm)大，且增益光纤111b的包层1112的直径(即250μm)比相邻的上游的增益光纤111a的包层1112b的直径(即125μm)大。由此，进一步能够在整体上有效地抑制增益光纤部件11的非线性效应，从而降低信号光和泵浦光的损耗。
本领域技术人员可以理解，在以上的示例中，两段增益光纤111a、111b的纤芯和包层的直径的数值仅为示例说明，但并不限于该数值。
可选地，彼此相邻的增益光纤111a、111b通过熔融拉锥工艺或热扩散纤芯工艺熔接，形成过渡连接光纤112。
例如，在本实施例中，增益光纤111和/或过渡连接光纤112可以为双包层光纤，也可以为多包层光纤。并且，增益光纤11和/或过渡连接光纤112的内包层的形状也可以根据需要而设计为六边形、八边形或D形等本领域中通常采用的各种形状。当然，增益光纤111和/或过渡连接光纤112的内包层的形状并不特别地受到限制，任何能够实现功能的形状均可应用到本实施例。
另外，所述增益光纤111和/或过渡连接光纤112中的掺杂粒子也可以为本领域中常用的各种粒子，例如Yb3+、Er3+、Tm3+、Nd3+、Ge3+、Prw、Ho3+、Dy3+和Eu3+等，只要能够实现其基本功能即可。
下面分别参考图3-图6描述根据本发明多个实施例的激光放大器1的结构示意图。
实施例一
在本实施例中，增益光纤部件11包括两段增益光纤111a、111b，其中两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112过渡连接，并且激光传播路径上的下游的增益光纤111b的纤芯1111的直径为15μm，且包层1112的直径为125μm；上游的增益光纤111a的纤芯1111的直径为10μm，且包层1112的直径为125μm。
具体地，如图3所示，种子源输出种子激光连接到激光放大器1的泵浦耦合器13，其中带尾纤的泵浦源12所输出泵浦光经过泵浦耦合器13进入增益光纤部件11。由于两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112熔接在一起，因此能够对种子源输出的种子激光进行有效放大。
实施例二
在本实施例中，增益光纤部件11包括两段增益光纤111a、111b，其中两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112过渡连接，并且激光传播路径上的下游的增益光纤111b的纤芯1111的直径为20μm，且包层1112的直径为250μm；上游的增益光纤111a的纤芯1111的直径为10μm，且包层1112的直径为125μm。
具体地，如图4所示，种子源输出种子激光连接到激光放大器1的泵浦耦合器13，其中带尾纤的泵浦源12所输出泵浦光经过泵浦耦合器13进入增益光纤部件11。由于两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112熔接在一起，因此能够对种子源输出的种子激光进行有效放大。
实施例三
在本实施例中，增益光纤部件11包括两段增益光纤111b、111c，其中两段增益光纤111b、111c通过过渡连接光纤112过渡连接，并且激光传播路径上的下游的增益光纤111c的纤芯1111的直径为20μm，且包层1112的直径为250μm；上游的增益光纤111b的纤芯1111的直径为15μm，且包层1112的直径为125μm。
具体地，如图5所示，种子源输出种子激光连接到激光放大器1的泵浦耦合器13，其中带尾纤的泵浦源12所输出泵浦光经过泵浦耦合器13进入增益光纤部件11。由于两段增益光纤111b、111c通过过渡连接光纤112熔接在一起，因此能够对种子源输出的种子激光进行有效放大。
实施例四
在本实施例中，增益光纤部件11包括三段增益光纤111a、111b、111c，其中三段增益光纤111a、111b、111c通过两段过渡连接光纤112a、112b分别过渡连接，其中增益光纤111c的纤芯1111的直径为20μm，且包层1112的直径为250μm；增益光纤111b的纤芯1111的直径为15μm，且包层1112的直径为125μm；增益光纤111a的纤芯1111的直径为10μm，且包层1112的直径为125μm。
具体地，如图6所示，种子源输出种子激光连接到激光放大器1的泵浦耦合器13，其中带尾纤的泵浦源12所输出泵浦光经过泵浦耦合器13进入增益光纤部件11。由于三段增益光纤111a、111b、111c之间分别通过过渡连接光纤112a、112b熔接在一起，因此能够对种子源输出的种子激光进行有效放大。
下面参考图7描述根据本发明第二方面实施例的一种激光放大系统，包括相互连接的多个激光放大器1，其中激光放大器为根据本发明上述实施例所述的激光放大器。下面以包括两级激光放大器1为例对根据本发明的激光放大系统进行说明。
如图7所示，激光放大系统包括两级激光放大器1。其中第一级激光放大器1中包括两段增益光纤111a、111b，其中两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112a过渡连接，并且激光传播路径上的下游的增益光纤111b的纤芯1111的直径为15μm，且包层1112的直径为125μm；上游的增益光纤111a的纤芯1111的直径为10μm，且包层1112的直径为125μm。
第二级激光放大器1也包括两段增益光纤111c、111d，其中两段增益光纤111a、111b通过过渡连接光纤112b过渡连接，增益光纤111d的纤芯1111的直径为15μm，且包层1112的直径为125μm；上游的增益光纤111c的纤芯1111的直径为10μm，且包层1112的直径为125μm。
具体地，如图7所示，种子源输出种子激光连接到第一级激光放大器1的泵浦耦合器13，其中带尾纤的泵浦源12所输出泵浦光经过泵浦耦合器13进入增益光纤部件11。由于由于两段增益光纤111a、111b之间通过过渡连接光纤112a熔接在一起，因此能够对种子源输出的种子激光进行有效放大。然后，放大后的种子激光进一步进入第二级激光放大器1的泵浦耦合器13，其中带尾纤的泵浦源12所输出泵浦光经过泵浦耦合器13进入增益光纤部件1，由于两段增益光纤111c、111d之间通过过渡连接光纤112b熔接在一起，因此能够对种子源输出的种子激光进行进一步的有效放大。
当然，本领域内普通技术人员可以理解，上面描述的包括两级激光放大器1仅为示例说明。本发明并不限于此，根据本发明的激光放大系统还可包括多于两级例如三个或四个等的激光放大器1，而且每级激光放大器1中的增益光纤部件11中，多段增益光纤的数量、以及每段增益光纤的纤芯和包层的直径都可以不同，可视具体需要而定，而并不仅限于上述的多个示例。
根据本发明实施例的激光放大系统，激光放大系统中的增益光纤部件具有通过过渡连接光纤过渡连接的多个增益光纤，且在上述多个增益光纤中，激光传播路径上的下游的增益光纤的纤芯的直径比与之相邻的上游的增益光纤的纤芯的直径大。由此，能够有效地抑制激光放大系统的非线性效应。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种激光放大器，其特征在于，包括：
增益光纤部件，所述增益光纤部件包括多个依次相连的增益光纤，沿着激光放大方向所述多个增益光纤的纤芯的直径依次增大；
泵浦源，所述泵浦源用于向所述增益光纤部件照射泵浦光；和
泵浦耦合器，所述泵浦耦合器设在所述泵浦源和所述增益光纤部件之间，用于将所述泵浦源发出的泵浦光耦合到所述增益光纤部件。
2.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，每相邻的两个所述增益光纤之间通过过渡连接光纤连接，其中所述过渡连接光纤的纤芯的直径沿着激光放大方向逐渐增大且两端分别与所述相邻的两段增益光纤连接。
3.根据权利要求2所述的激光放大器，其特征在于，每相邻的两个所述增益光纤的包层的直径分别与将所述过渡连接光纤的包层的直径相同。
4.根据权利要求2所述的激光放大器，其特征在于，所述过渡连接光纤的包层构成为将每相邻的所述增益光纤的包层过渡连接，且所述过渡连接光纤的包层的直径沿着激光放大方向逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，彼此相邻的所述增益光纤通过熔融拉锥工艺或热扩散纤芯工艺熔接，形成所述过渡连接光纤。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的激光放大器，其特征在于，所述增益光纤和/或所述过渡连接光纤为双包层光纤或多包层光纤。
7.根据权利要求6所述的激光放大器，其特征在于，所述增益光纤和/或所述过渡连接光纤的内包层为六边形、八边形或D形。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的激光放大器，其特征在于，所述增益光纤和/或所述过渡连接光纤中的掺杂粒子为Yb3+、Er3+、Tm3+、Nd3+、Ge3+、Pr3+、Ho3+、Dy3+或Eu3+。
9.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述泵浦源为泵浦灯或激光器。
10.根据权利要求9所述的激光放大器，其特征在于，所述激光器为半导体激光器、光纤激光器或固体激光器。
11.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述泵浦耦合器为端面泵浦耦合器或侧面泵浦耦合器。
12.一种激光放大系统，其特征在于，包括相互连接的多个激光放大器，所述激光放大器为权利要求1-11中任一项所述的激光放大器。
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Application publication date: 20120919 |