CN104638502A - 带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电子技术和光纤激光放大器领域，为解决高功率泵浦下Yb-ASE及其导致的自激振荡和自脉动对铒镱共掺光纤放大器的影响和限制，有效地抑制Yb-ASE并提高铒镱共掺光纤放大器的稳定性和泵浦转换效率。为此，本发明采取的技术方案是，由输入端、隔离器、泵浦/信号合束器、光纤光栅、铒镱共掺光纤、输出端构成；泵源发出的泵浦光接入泵浦合束器合束后通过光纤光栅送入铒镱共掺光纤对其进行抽运；待放大信号由输入端输入，依次经由隔离器、泵浦信号合束器、光纤光栅进入铒镱共掺光纤进行放大，放大后的信号从输出端输出。本发明主要应用于光纤激光放大器的设计制造。

Description

带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器

技术领域

本发明涉及光电子技术和光纤激光放大器领域，特别是一种泵浦端带有1微米波段光纤光栅的铒镱共掺光纤放大器。具体讲，本发明涉及一种在泵浦端增加合适波长的1微米波段光纤光栅，通过对后向1微米波段自发辐射的选择性反射，来提高稳定性和泵浦转化效率的高功率铒镱共掺光纤放大器。

背景技术

高功率铒镱共掺光纤放大器的输出波长在1.5微米波段，具有人眼安全的优点，在激光加工、激光测距、激光雷达等领域有重要应用。铒镱共掺光纤放大器是以铒镱共掺光纤作为增益介质的激光放大器。该种增益光纤中同时掺杂有铒(Yb)、镱(Er)两种稀土离子。泵浦光子首先被镱离子吸收，将之从基态抽运到上能级，然后处于激发态的镱离子通过交叉驰豫将能量转移给周围的铒离子，将之从基态抽运到上能级。1.5微米波段信号的放大通过铒离子上能级与基态间的受激辐射跃迁得以实现。由于镱离子向铒离子传递能量的速率有限，当抽运速率大于二者之间的能量传递速率时，增益介质中处于上能级的镱离子数密度会上升，这些上能级的镱离子在向基态跃迁时会产生镱离子波段的自发辐射(Yb-ASE)，随着泵浦功率的提高，Yb-ASE不断增强，最终会产生自激振荡或自脉动效应，导致放大器输出功率不稳定甚至造成器件的永久性破坏。高功率泵浦下Yb-ASE及其导致的自激振荡和自脉动是目前影响铒镱共掺光纤放大器稳定性和限制其泵浦转化效率和输出功率提高的主要因素。

发明内容

为克服现有技术的不足，解决高功率泵浦下Yb-ASE及其导致的自激振荡和自脉动对铒镱共掺光纤放大器的影响和限制，有效地抑制Yb-ASE并提高铒镱共掺光纤放大器的稳定性和泵浦转换效率。为此，本发明采取的技术方案是，由输入端、隔离器、泵浦/信号合束器、光纤光栅、铒镱共掺光纤、输出端构成；泵源发出的泵浦光接入泵浦合束器合束后通过光纤光栅送入铒镱共掺光纤对其进行抽运；待放大信号由输入端输入，依次经由隔离器、泵浦信号合束器、光纤光栅进入铒镱共掺光纤进行放大，放大后的信号从输出端输出。

光纤光栅通过选择性反射增益光纤中产生的Yb波段放大的自发辐射引入一个辅助信号，通过辅助信号的受激放大和再次被增益光纤吸收来抑制Yb波段的自发辐射从而提高铒镱共掺光纤放大器的稳定性和泵浦转化效率。

光纤光栅位于泵浦端且其反射波长位于镱离子的发射波段，即1微米波段。

泵源为波长在915nm波段或976nm波段的高功率半导体激光器，泵源数量可以为1个或多个，根据实际需要和泵浦/信号合束器的泵浦端数量决定。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

本发明可取得如下效果：

1.高功率泵浦下，铒镱共掺光纤中产生的后向传输的Yb-ASE被1微米波段光纤光栅选择性反射，产生一个前向传输的辅助信号，该辅助信号在铒镱共掺光纤中传输时产生受激辐射放大，消耗了增益光纤中Yb波段的反转粒子数，从而抑制了Yb-ASE的产生及其导致的具有破坏性的自激振荡或自脉动，可以提高高功率铒镱共掺光纤放大器的稳定性。

2.1微米波段光纤光栅引入的辅助信号被放大后可以再次被铒镱共掺光纤吸收，可以提高相同泵浦下1.5微米有用信号的输出功率，从而可以提高铒镱共掺光纤放大器的泵浦转化效率。

附图说明

图1是带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器示意图；

图2是有、无1微米波段光纤光栅时后向Yb-ASE光谱的对比；

图3是有、无1微米波段光纤光栅时铒镱共掺光纤放大器输出功率随泵浦功率的变化曲线对比。

图1中：1输入端，2隔离器，3泵源，4泵浦/信号合束器，5光纤光栅、6增益光纤，7输出端。

具体实施方式

为了克服高功率泵浦下Yb-ASE及其导致的自激振荡和自脉动对铒镱共掺光纤放大器的影响和限制，本发明提出了一种通过在泵浦端带有合适波长的1微米波段光纤光栅的铒镱共掺光纤放大器。由于光纤光栅的选择性反射，通过反射信号的受激放大和重吸收，可以有效地抑制Yb-ASE并提高铒镱共掺光纤放大器的稳定性和泵浦转换效率。

本发明克服现有技术存在的上述问题，本发明采用的技术方案是：一种带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器，系统构成包括，信号输入端、隔离器、泵浦/信号合束器、泵浦源、光纤光栅、铒镱共掺光纤、输出端。泵浦源输出的激光经由泵浦/信号合束器、光纤光栅，被送入铒镱共掺光纤对其进行抽运。待放大的1.5微米波段信号由输入端输入，依次经过隔离器、泵浦/信号合束器的信号端、光纤光栅、进入铒镱共掺光纤进行放大，最后经由输出端输出。为防止端面反射，输出端尾纤抛磨成一定角度(通常为8度)。

工作原理为，光纤光栅通过选择性反射增益光纤中产生的Yb波段放大的自发辐射引入一个辅助信号，通过辅助信号的受激放大和再次被增益光纤吸收来抑制Yb波段的自发辐射从而提高铒镱共掺光纤放大器的稳定性和泵浦转化效率。

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步说明：

图1所示为整个放大器的原理示意图。本例中待放大激光信号波长1549nm，功率110mW。信号由输入端1输入，依次经由隔离器2、泵浦/信号合束器3、1微米波段光纤光栅5进入增益光纤6。本例中使用了两台中心波长为976nm的泵源，额定功率均为8.5W。1微米波段光纤光栅的反射波长为1032nm，峰值反射率99.9％，反射谱宽0.3nm，写制于与泵浦/信号合束器的输出尾纤同型号的双包层光纤上，光纤型号为加拿大CorActive公司生产的DCF-UN-8/125。增益光纤为CorActive公司生产的DCF-EY-10/128型铒镱共掺光纤，长度5.6m。

图2所示为实验测得的相同泵浦功率下有、无FBG时后向Yb-ASE光谱的对比，实线所示为由FBG情况，虚线所示为无FBG情况。由下到上为泵浦功率逐渐升高时依次在2、6、10、12、14、16W所测得的6组光谱。通过对比可以发现，加入1微米波段FBG后，Yb-ASE得到了明显的抑制，而且泵浦功率越高，抑制效果愈加明显。

图3所示为有FBG和无FBG情况下放大器的输出功率随泵浦功率的变化对比。在较低泵浦功率下FBG对放大器的输出功率影响不大。这时因为此时泵浦速率较低，镱离子吸收泵浦能量后可以迅速转移给周围Er离子，Yb离子的储能较低，Yb-ASE较弱。但随着泵浦功率提高，泵浦速率上升，Yb波段的增益增强，此时光纤光栅反射引入的1微米波段信号可以得到较高的增益，该信号在向前传输中会消耗Yb波段的反转粒子数得到放大并再次被增益光纤吸收，将能量转移给1.5微米的有用信号。所以如图3所示，当泵浦功率较高时，有FBG情况下的输出功率明显要比没有FBG时的高。在16.5W泵浦下，无FBG时的输出功率为5.5W，而由FBG是输出功率为6.7W，增加1微米波段FBG后泵浦转换效率提高了约22％。

综上可以看出，本发明提出的带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器可以有效抑制Yb-ASE提高泵浦转化效率。由于Yb-ASE得到了抑制，其导致的自激振荡和自脉动也可以有效避免，从而可以提高放大器的稳定性。

Claims (5)

1.一种带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器，其特征是，由输入端、隔离器、泵浦/信号合束器、光纤光栅、铒镱共掺光纤、输出端构成；泵源发出的泵浦光接入泵浦合束器合束后通过光纤光栅送入铒镱共掺光纤对其进行抽运；待放大信号由输入端输入，依次经由隔离器、泵浦信号合束器、光纤光栅进入铒镱共掺光纤进行放大，放大后的信号从输出端输出。

2.如权利要求书1所述的带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器，其特征是，光纤光栅通过选择性反射增益光纤中产生的Yb波段放大的自发辐射引入一个辅助信号，通过辅助信号的受激放大和再次被增益光纤吸收来抑制Yb波段的自发辐射从而提高铒镱共掺光纤放大器的稳定性和泵浦转化效率。

3.如权利要求书1所述的带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器，其特征是，光纤光栅位于泵浦端且其反射波长位于镱离子的发射波段，即1微米波段。

4.如权利要求书1所述的带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器，其特征是，泵源为波长在915nm波段或976nm波段的高功率半导体激光器，泵源数量可以为1个或多个，根据实际需要和泵浦/信号合束器的泵浦端数量决定。

5.如权利要求书1所述的带有1微米波段光纤光栅的高功率铒镱共掺光纤放大器，其特征是，为防止端面反射，输出端尾纤抛磨成一定角度。