CN103311786B - 一种抑制Yb-ASE的铒镱共掺光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制Yb-ASE的铒镱共掺光纤放大器，包括：种子激光器，产生激光作为种子光；功率放大级，对所述种子光进行功率放大；第一全固光子带隙光纤，其设置于所述功率放大级的前端，带隙覆盖镱波段而不包含铒波段，用于损耗后向Yb-ASE；第二全固光子带隙光纤，其设置于所述功率放大级的后端，带隙覆盖镱波段而不包含铒波段，用于损耗前向Yb-ASE。与现有技术相比，本发明通过在功率放大级的前后端加入带隙覆盖镱波段而不包含铒波段的全固光子带隙光纤作为抑制Yb-ASE的介质，可有效损耗掉不同功率水平下的前向及后向Yb-ASE，进而消除镱波段自激振荡等不良效果，提高了铒镱共掺光纤放大器功率输出，同时提高了系统稳定性及安全性。
Description
技术领域
本发明涉及高功率光纤放大器应用领域，尤其涉及一种抑制Yb-ASE(镱波段放大的自发辐射)的铒镱共掺光纤放大器。
背景技术
1550nm激光位于人眼安全波段，且位于第三个低损耗通信窗口，在光纤通信、生物医学、传感检测等方面有着重要的应用。在实际应用中，并不是所有的1550nm激光都可以满足应用需求，对其功率、激光特性要求较高，尤其是功率水平直接限制了其实际应用。所以在对1550nm激光的研究中，提高其输出功率成为研究的热点。近年来，由于光纤放大器特殊的优势，发展迅速，功率水平也迅速增长，且由于铒离子在1550nm附近的发射峰，作为掺杂离子掺杂在光纤中，用于产生1550nm的激光。但由于铒离子容易发生团簇现象，最大量子转换效率低，难以实现高功率；高浓度掺杂时，容易产生浓度猝灭发生能量上转换产生自脉动等不良现象造成泵浦能量浪费，影响了系统的稳定性及安全性尤其是限制了功率的提高。在国际报道中，最高功率1550nm激光连续输出功率仅为297W，激光斜率仅在20％左右。后通过铒镱共掺解决了铒离子的团簇问题，提高了量子转换效率，但Yb-ASE在功率较高时非常明显且容易形成寄生振荡，严重影响系统的稳定性。所以对Yb-ASE的抑制成为首要解决的问题。国际上提出了几种抑制ASE的方法，采用特殊设计的长周期光栅对Yb-ASE进行滤除；采用铒镱共掺光子晶体光纤通过弯曲增大镱波段的损耗来抑制，但此增益介质也为特殊设计的，成本较高且斜率效率很低；也可使镱波段的激光振荡，但增加了系统的复杂程度。后来采用镱波段的激光作为辅助种子输入，对铒波段及镱波段同时放大，抑制了Yb-ASE的产生，但需要另一个1060nm附近的激光光源及相应的无源光纤器件；也可以通过两个1064nm/1550nm的WDM，构建一个环形腔，让1微米附近的ASE形成激光振荡，通过与不加环形腔的情况相比较，可以增加1550nm的激光输出，并且可以稳定运转而不会出现1微米附近的自激振荡，但结构比较复杂，且同样需要镱波段的无源光纤器件。近年来全固光子带隙光纤发展迅速，通过设计不同的掺杂区域大小及占空比就可实现特定波段的带隙，而在其他波段的传输损耗很低。此种光纤国内的光纤生产厂家便可拉制，在带隙处损耗较大，几米长的光纤便可将不需要的波段完全滤除。当前国际上供应的1550nm光纤放大器输出功率均较低，主要是Yb-ASE无法得到良好的抑制，造成功率较低，尤其是脉冲输出的1550nm激光，在一些应用中难以满足。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够有效抑制Yb-ASE、具有高功率输出、高系统稳定性及安全性的铒镱共掺光纤放大器。所述光纤放大器包括：
种子激光器，产生激光作为种子光；
功率放大级，对所述种子光进行功率放大；所述功率放大级的增益介质为铒镱共掺双包层光纤；
第一全固光子带隙光纤，其设置于所述功率放大级的前端，带隙覆盖镱波段而不包含铒波段，用于损耗后向Yb-ASE；
第二全固光子带隙光纤，其设置于所述功率放大级的后端，带隙覆盖镱波段而不包含铒波段，用于损耗前向Yb-ASE。
进一步地，所述第一全固光子带隙光纤或第二全固光子带隙光纤的带隙位于1030nm-1140nm波段。
进一步地，所述铒镱共掺双包层光纤中，信号光在纤芯传输，泵浦光在内包层传输。
进一步地，所述功率放大级的泵浦光由半导体泵浦激光器产生。
进一步地，所述光纤放大器还包括：功率预放大级，其设置于所述功率放大级之前，用于对所述种子光进行功率预放大。
进一步地，所述功率预放大级为耦接的第一掺铒光纤放大器及第二掺铒光纤放大器。
进一步地，所述光纤放大器还包括：光纤隔离器，其耦接于所述功率预放大级之后，用于防止所述种子光反向传输损坏所述功率预放大级。
进一步地，所述光纤放大器还包括：波分复用器，其耦接于所述第一全固光子带隙光纤前端，用于监测后向Yb-ASE。
进一步地，所述光纤放大器还包括：包层功率剥离器，其耦接于所述功率放大级之后，用于滤除未被吸收的泵浦光。
进一步地，所述光纤放大器还包括：光纤端帽，其熔接在所述第二全固光子带隙光纤末端。
与现有技术相比，本发明通过在功率放大级的前后端加入带隙覆盖镱波段而不包含铒波段的全固光子带隙光纤作为抑制Yb-ASE的介质，可有效损耗掉不同功率水平下的前向及后向Yb-ASE，进而消除镱波段自激振荡等不良效果，提高了铒镱共掺光纤放大器功率输出，同时提高了系统稳定性及安全性。
附图说明
图1：本发明实施例提供的抑制Yb-ASE的铒镱共掺光纤放大器示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例提供的抑制Yb-ASE的铒镱共掺光纤放大器，其包括：
种子激光器1、功率预放大级、光纤隔离器4、波分复用器5、第一全固光子带隙光纤6、功率放大级、包层功率剥离器10、第二全固光子带隙光纤11、光纤端帽12。
其中：
种子激光器1采用1550nm种子激光器，其输出激光作为种子光用于后级功率放大。
所述功率预放大级为耦接的第一掺铒光纤放大器2及第二掺铒光纤放大器3，第一掺铒光纤放大器2耦接至种子激光器1。采用两级掺铒光纤放大器的原因在于：种子激光器1为保证输出的种子光具有良好的时域、频域特性和良好的光束质量，输出功率往往控制在较低水平，仅为毫瓦级，因而需要对种子光功率进行充分预放大到百毫瓦级，后级才能再对其功率放大到适于实用的水平。
光纤隔离器4耦接至第二掺铒光纤放大器3，中心波长为1550nm，用于防止后级1550nm激光反向传输损坏第一掺铒光纤放大器2及第二掺铒光纤放大器3。
波分复用器5为1550nm/1064nm波分复用器，其耦接至光纤隔离器4，1550nm端接入系统，1064nm端用于监测后向Yb-ASE。
第一全固光子带隙光纤6耦接至波分复用器5，带隙位于1030nm-1140nm附近。
功率放大级包含：泵浦激光器7、光纤合束器8、铒镱共掺双包层光纤9；
其中：
光纤合束器8与泵浦激光器7及第一全固光子带隙光纤6耦接，同时，耦接至铒镱共掺双包层光纤9；
泵浦激光器7采用高功率稳波长的半导体激光器，其功耗低、性能可靠。
包层功率剥离器10耦接至铒镱共掺双包层光纤9。
第二全固光子带隙光纤11耦合至包层功率剥离器10。
光纤端帽12熔接在第二全固光子带隙光纤11的末端。
铒镱共掺双包层光纤9中的铒镱共掺方案解决了铒离子团簇问题，提高了量子转换效率，此为功率放大级的关键，但同时该方案在功率提高时产生了明显的Yb-ASE，影响了系统的稳定性及安全性，这也是本发明所要解决的主要问题。
为更清楚揭示本发明技术方案，以下结合其工作过程进行详细说明：
种子激光器1产生1550nm、毫瓦级激光作为种子光并依次经过第一掺铒光纤放大器2及第二掺铒光纤放大器3进行两级功率预放大后达到百毫瓦级，以为后级功率放大提供足够的种子功率；经过两级功率预放大的种子光依次经过光纤隔离器4及波分复用器5后进入第一全固光子带隙光纤6以损耗其后向Yb-ASE；所述种子光作为信号光与泵浦激光器7产生的泵浦光经光纤合束器8耦合进入铒镱共掺双包层光纤9进行功率放大，其中，信号光在纤芯传输，泵浦光在内包层传输；所述种子光经功率放大后，进入包层功率剥离器10以剥离掉未被吸收的泵浦光，之后再进入第二全固光子带隙光纤11以损耗其前向Yb-ASE，之后再在第二全固光子带隙光纤11的末端熔接一光纤端帽12以避免端面损伤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抑制Yb-ASE的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，包括：
种子激光器，产生激光作为种子光；
功率放大级，对所述种子光进行功率放大；所述功率放大级的增益介质为铒镱共掺双包层光纤；
第一全固光子带隙光纤，其设置于所述功率放大级的前端，带隙覆盖镱波段而不包含铒波段，用于损耗后向Yb-ASE；
第二全固光子带隙光纤，其设置于所述功率放大级的后端，带隙覆盖镱波段而不包含铒波段，用于损耗前向Yb-ASE。
2.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述第一全固光子带隙光纤或第二全固光子带隙光纤的带隙位于1030nm-1140nm波段。
3.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述铒镱共掺双包层光纤中，信号光在纤芯传输，泵浦光在内包层传输。
4.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述功率放大级的泵浦光由半导体泵浦激光器产生。
5.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：功率预放大级，其设置于所述功率放大级之前，用于对所述种子光进行功率预放大。
6.如权利要求5所述的光纤放大器，其特征在于，所述功率预放大级为耦接的第一掺铒光纤放大器及第二掺铒光纤放大器。
7.如权利要求5所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：光纤隔离器，其耦接于所述功率预放大级之后，用于防止所述种子光反向传输损坏所述功率预放大级。
8.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：波分复用器，其耦接于所述第一全固光子带隙光纤前端，用于监测后向Yb-ASE。
9.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：包层功率剥离器，其耦接于所述功率放大级之后，用于滤除未被吸收的泵浦光。
10.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：光纤端帽，其熔接在所述第二全固光子带隙光纤末端。
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