CN104104000B - 多包层拉曼光纤放大器 - Google Patents

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Abstract

一种多包层光纤拉曼光纤放大器，其结构包括多波长种子源、泵浦源、波分复用器和多包层增益光纤。泵浦源输出的低亮度泵浦激光在多包层光纤的第二包层传播，通过受激拉曼散射，在光纤第三包层产生拉曼频移激光。产生的拉曼激光，同样作为泵浦光，泵浦更内层的更高阶次的拉曼光，依次实现包层级联拉曼频移，最终在光纤纤芯中获得高亮度的激光输出。本发明能够通过包层级联泵浦克服双包层拉曼光纤激光器中包层纤芯面积比对激光器输出亮度和功率的限制，可以提升拉曼光纤激光器的输出亮度和功率。

Description

多包层拉曼光纤放大器
技术领域
本发明涉及拉曼光纤放大器,特别是一种基于多包层光纤的级联包层泵浦的级联拉曼光纤放大器。
背景技术
高功率光纤激光器具有光束质量好，效率高，结构紧凑和散热性好等特点，在激光加工，光通讯，激光医疗和军事等领域有重要应用。目前利用光纤作为增益介质获得高功率激光输出的方式主要有以下几种:
一、通过稀土离子掺杂的双包层光纤作为增益介质获得高功率激光输出。用于掺杂的稀土离子有Er3+、Yb3+、Tm3+、Ho3+等，目前以Yb离子掺杂光纤激光器技术最为成熟[参见文献：Valentin Gapontsev,V.Fomin,A.Ferin,and M.Abramov,"Diffraction LimitedUltra-High-Power Fiber Lasers,"in ASSP2012,OSA Technical Digest Series(CD)(Optical Society of America,2010),AWA1.]。但是稀土离子掺杂光纤激光器、放大器的增益光纤中掺杂的稀土离子只在分立光谱区内有发射，因此稀土离子掺杂光纤激光器只能在有限的波段范围内运转。另外由于稀土离子的掺杂，存在光致暗化效应、较高的量子亏损等缺点，限制了稀土离子掺杂光纤激光器的进一步发展。
二、纤芯泵浦的拉曼光纤激光器。拉曼光纤激光器采用非掺杂光纤作为增益介质，因此具有无光致暗化效应、较小的量子亏损等优点，同时相比于稀土离子掺杂光纤容易获得大模场的单模光纤。另外，拉曼光纤激光器的工作波长只受限于光纤的透明波长范围和泵浦波长，在波长范围拓展方面具有巨大优势[参见文献:Supradeepa,V.R.,and JeffreyW.Nicholson."Power scaling of high-efficiency1.5μm cascaded Raman fiberlasers."Optics letters38.14(2013):2538-2541.]。但是这种传统的纤芯泵浦的拉曼光纤放大器、激光器的功率提升受限于泵浦源的泵浦功率。尤其对于单模输出的拉曼光纤激光器，单模泵浦源功率非常有限，并且激光输出亮度较泵浦光一般没有提升。
三、基于包层泵浦技术的高功率拉曼光纤激光器，结合了包层泵浦稀土离子掺杂光纤激光器和拉曼光纤激光器的优点，能够把低亮度的泵浦光转化为高亮度的激光[参见文献:Junhua Ji.Cladding-pumped Raman fiber laser sources.University ofSouthampton,2011.]。但是如果采用一般的双包层光纤作为增益介质，为获得较高的转化效率，包层纤芯面积比必须小于8，限制了双包层泵浦拉曼光纤激光器的亮度提升。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种基于多包层光纤的拉曼光纤放大器。该发明用于克服双包层拉曼光纤激光器的包层纤芯面积比的限制，以获得波长灵活且高功率、高亮度的激光输出。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于多包层光纤的拉曼光纤放大器，其特点在于由多波长种子源、泵浦源、波分复用器和多包层增益光纤构成、其特点在于所述的泵浦源输出的低亮度泵浦激光在多包层光纤的第二包层传播，通过受激拉曼散射，在光纤内层产生拉曼频移激光，产生的拉曼激光，同样作为泵浦光，泵浦更内层的更高阶次的拉曼光，依次实现包层级联拉曼频移，最终在光纤纤芯中获得高亮度的激光输出。
所述的多包层增益光纤，为获得较高的转化效率，相邻包层的半径比<3。对于m包层拉曼放大器，多波长种子源提供m-1个拉曼种子光。泵浦光耦合进多包层光纤的第二包层,第一阶的拉曼种子光耦合进多包层光纤的第三包层，第二阶的种子光耦合进第四包层，第m-2阶拉曼种子光耦合进第m包层，第m-1阶种子光耦合进纤芯。
所述的多包层拉曼光纤放大器，其结构可以是前向和后向泵浦放大器。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
一、本发明基于多包层光纤，不但能够拓展输出波长的范围，而且能够提升激光输出亮度。
二、本发明基于多包层光纤，能够克服双包层拉曼光纤激光器中包层纤芯面积比的限制，可以提高输出功率。
附图说明
图1为基于本发明设计的四包层光纤的拉曼光纤激光放大器实施例1的示意图。
图2为基于本发明设计的四包层光纤的拉曼光纤激光放大器实施例2的示意图。
图3为本发明利用的四包层光纤示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
请参阅图1，图3。图1是前向泵浦的四包层光纤的拉曼放大器实施例1的结构示意框图，图3是本发明中四包层光纤的具体形态。图中31是四包层光纤的最外包层，为涂覆层，32是第二包层，一般为纯的SiO2，用来传导泵浦光，33和34为掺锗的第三包层、第四包层，35为光纤纤芯。该拉曼放大器主要包括多波长种子源1，泵浦源2，波分复用器3和四包层增益光纤4。将泵浦源2提供的泵浦光和多波长种子源1提供的不同波长的信号光经波分复用器3分别注入进四包层增益光纤4的不同包层和纤芯。泵浦源2提供中心波长为1070nm，功率5kW；多波长种子源1提供1122.8nm、1181.2nm、1246nm三个波长的种子光，功率分别为50、0.1、0.01w。泵浦光耦合进第二包层32，1122.8nm的种子光耦合进第三包层33，1181.2nm的种子光耦合进第四包层34，1246nm的种子光耦合进纤芯35。当光纤长度为402m时，三阶Stokes光1246nm的输出功率为2.7kW，相比于普通的双包层拉曼光纤放大器提高了转化效率和输出亮度。
实施例2
请参阅图2，图3。图2是背向泵浦的四包层光纤的拉曼放大器实施例2的结构示意框图，图3是本发明中四包层光纤的具体形态。本实施例与实施例1的区别主要在于泵浦光背向传输。该拉曼放大器主要包括多波长种子源1，波分复用器31、32，四包层增益光纤4和泵浦源2。多波长种子源1提供的不同波长的信号光通过波分复用器31进入多包层增益光纤4,泵浦光通过波分复用器32耦合进多包层光纤4，背向传输对信号光进行放大。

Claims (1)

1.一种多包层光纤拉曼放大器，由多波长种子源(1)、泵浦源(2)、波分复用器(3)和多包层增益光纤(4)构成，所述的多波长种子源(1)经所述的波分复用器(3)接所述的多包层增益光纤(4)的一端，所述的泵浦源(2)经所述的波分复用器(3)接所述的多包层增益光纤(4)的前端的第二包层，所述的多包层增益光纤(4)的包层数大于2，相邻包层的半径比<3；其特征在于，所述的多波长种子源(1)提供多阶的拉曼种子光，对于m包层拉曼放大器，多波长种子源提供m-1个拉曼种子光，泵浦光耦合进多包层增益光纤的第二包层,第一阶的种子光耦合进多包层增益光纤的第三包层，第二阶的种子光耦合进第四包层，第m-2阶拉曼种子光耦合进第m包层，第m-1阶种子光耦合进纤芯。
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