CN106299985A - 一种基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤激光器，具体涉及一种基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，包括泵浦源、隔离器和激光器谐振腔；激光器谐振腔包括光纤布拉格光栅A、光纤布拉格光栅B、光纤布拉格光栅C、波分复用器和掺铥石英光纤。本发明使用泵浦源波长处的高反射率光纤光栅将未能被完全吸收的前向泵浦光反射回激光谐振腔中，形成一个简巧的双向泵浦结构。该结构能有效的解决由于掺铥增益光纤掺杂浓度低和长度短而导致的泵浦光吸收效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，具体涉及一种基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器。
背景技术
掺铥石英光纤激光器发射谱能覆盖1.65～2.1μm波段，但人们对它的研究主要集中在2微米波段附近。近年来，随着1.7微米波段的应用被开发出来后，人们对掺铥石英光纤激光器短波长区域(1.65～1.75μm)的研究也逐渐多了起来。但准三能级系统中短波长信号光的再吸收现象以及荧光中心波长处的ASE极易导致的短波长处增益饱和效应严重地阻碍了掺铥石英光纤激光器中的短波长激光输出。
目前主要通过使用长度很短的低掺杂浓度增益光纤来减弱再吸收现象和增益饱和效应，来实现短波长的激光输出。但由于增益光纤长度很短而且掺杂浓度低导致的泵浦光吸收不完全，极大地限制了激光输出功率和激光效率的进一步提高。
发明内容
为了解决现有的1.7μm掺铥石英光纤激光器因增益光纤长度很短而且掺杂浓度低导致的泵浦光吸收不完全的技术问题，本发明提供一种基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器。
本发明的技术解决方案是：一种基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特殊之处在于：包括泵浦源、隔离器和激光器谐振腔；所述激光器谐振腔包括光纤布拉格光栅A、光纤布拉格光栅B、光纤布拉格光栅C、波分复用器和掺铥石英光纤；所述波分复用器的泵浦臂与隔离器一端熔接，所述隔离器的另一端与泵浦源熔接；所述波分复用器的信号注入端与光纤布拉格光栅A一端熔接，光纤布拉格光栅A的另一端熔接光纤跳线接头a；所述波分复用器的合束端与掺铥石英光纤一端熔接，掺铥石英光纤的另一端依次熔接光纤布拉格光栅B、光纤布拉格光栅C和光纤跳线接头b；激光输出光路上设置有滤波片。
上述光纤布拉格光栅A的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99％。
上述光纤布拉格光栅B的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率为12％～36％。
上述光纤布拉格光栅C的中心波长为1550nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.9％。
上述光纤布拉格光栅A的透射光谱与所述光纤布拉格光栅B的透射光谱有重叠部分，所述光纤布拉格光栅C可以将未被吸收完全的前向泵浦光反射回谐振腔中，形成后向泵浦。
上述掺铥石英光纤端面为正八边形，可以防止一些寄生激光的产生。
上述掺铥石英光纤的长度为60-220mm，通过优化光纤长度可以有效地减少信号光在增益光纤中的再吸收现象。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明使用泵浦源波长处的高反射率光纤光栅将未能被完全吸收的前向泵浦光反射回激光谐振腔中，形成一个简巧的双向泵浦结构。该结构能有效的解决由于掺铥增益光纤掺杂浓度低和长度短而导致的泵浦光吸收效率低的问题。
(2)与单向泵浦结构相比，使用本发明提供的光纤激光器结构时，Tm3+离子数反转密度沿掺铥增益光纤分布均匀性更佳，因而能进一步的减少掺铥石英光纤激光器中短波长信号光的再吸收。
(3)本发明提供的光纤激光器结构简单紧凑，泵浦光吸收效率高，稳定性好，适合较高功率连续光运行。
附图说明
图1为本发明的石英光纤激光器结构示意图；
图2为本发明的石英光纤激光器输出激光光谱图；
图3为本发明的激光输出功率和泵浦光功率的关系图。
具体实施方式
参见图1，本发明所提供的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器结构包括泵浦源1、隔离器2、波分复用器3(WDM)、掺铥石英光纤4、光纤布拉格光栅A 5、光纤布拉格光栅B 6、光纤布拉格光栅C 7、光纤跳线接头a 8、光纤跳线接头b 9和滤波片10；其中泵浦源1与隔离器2熔接，波分复用器3的泵浦臂、信号注入端和合束端分别对应熔接隔离器2、光纤布拉格光栅A 5、掺铥石英光纤4；掺铥石英光纤4的另一端依次与光纤布拉格光栅B 6、光纤布拉格光栅C 7、光纤跳线头a 8熔接；光纤布拉格光栅A 5的另一端与光纤跳线头b 9熔接。
泵浦源1可以采用IPG Laser公司生产的1550nm掺铒光纤激光器，最大输出功率为20W；光隔离器2插入损耗小于0.5dB，隔离度大于50dB；波分复用器3的工作波长为1550/1710±10nm，最大插入损耗≤0.2dB；掺铥石英光纤4的纤芯和内包层的半径分别为10.2μm和127μm，数值孔径为0.217，长度为160mm，且端面为正八边形(对光纤端面切八度角，防止一些寄生激光的产生)；光纤布拉格光栅A 5的中心波长为1706.72nm，半高宽FWHM小于0.5nm，反射率为99.5％；光纤布拉格光栅B 6的中心波长为1706.74nm，半高宽FWHM小于0.3nm，反射率为29.2％；光纤布拉格光栅C 7的中心波长为1550nm，半高宽FWHM小于0.5nm，相对反射率大于99.9％；光纤跳线接头a 8和光纤跳线接头b 9均为APC头；滤波片10在1530～1570nm波长范围内高反射，在1650～2050nm波长范围内高透射。
光纤布拉格光栅A 5、波分复用器3、掺铥石英光纤4、光纤布拉格光栅B 6和光纤布拉格光栅C 7组成了光纤激光器的谐振腔；本实施例采取的一个简易的双向泵浦结构：泵浦光通过波分复用器3的泵浦臂耦合进掺铥石英光纤4中，形成一个前向泵浦光；然后光纤布拉格光栅C 7将未能被吸收完全的前向泵浦光反射回掺铥石英光纤中重新参与泵浦，形成一个后向泵浦光。
本发明的双向泵浦结构能有效的解决由于掺铥增益光纤掺杂浓度低和长度短而导致的泵浦光吸收效率低的问题。通过优化掺铥石英光纤4的长度，可以有效地减少信号光在增益光纤中的再吸收现象；另外比起单向泵浦结构，使用该结构时，Tm3+离子数反转密度沿掺铥增益光纤4的分布均匀性更佳，因而能进一步的减少掺铥石英光纤激光器中短波长信号光的再吸收。激光器谐振腔两端的光纤跳线接头a 8和光纤跳线接头b 9结合光纤布拉格光栅A 5和光纤布拉格光栅B 6高效的波长选择性，可以有效的减弱由于荧光中心波长处的ASE极易导致的1.7μm波长处的增益饱和效应。
通过该结构可以获得高效率的1.7μm激光连续光输出，如图2所示。在激光输出光路上设置的滤波片10可以将输出光中残留的泵浦光过滤掉，图3是1707nm激光输出功率与泵浦光功率的关系图。由图可知，实验中获得的最大输出功率为3.15W。
Claims (10)
1.一种基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、隔离器和激光器谐振腔；所述激光器谐振腔包括光纤布拉格光栅A、光纤布拉格光栅B、光纤布拉格光栅C、波分复用器和掺铥石英光纤；
所述波分复用器的泵浦臂与隔离器一端熔接，所述隔离器的另一端与泵浦源熔接；
所述波分复用器的信号注入端与光纤布拉格光栅A一端熔接，光纤布拉格光栅A的另一端熔接光纤跳线接头a；
所述波分复用器的合束端与掺铥石英光纤一端熔接，掺铥石英光纤的另一端依次熔接光纤布拉格光栅B、光纤布拉格光栅C和光纤跳线接头b；
激光输出光路上设置有滤波片。
2.根据权利要求1所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述光纤布拉格光栅A的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99％。
3.根据权利要求1所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述光纤布拉格光栅B的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率为12％～36％。
4.根据权利要求1所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述光纤布拉格光栅C的中心波长为1550nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.9％。
5.根据权利要求1-4中任一所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述光纤布拉格光栅A的透射光谱与所述光纤布拉格光栅B的透射光谱有重叠部分，所述光纤布拉格光栅C可以将未被吸收完全的前向泵浦光反射回谐振腔中，形成后向泵浦。
6.根据权利要求5所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述掺铥石英光纤端面为正八边形。
7.根据权利要求6所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述掺铥石英光纤的长度为60-220mm。
8.根据权利要求5所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源采用输出波长为1.55μm的掺铒光纤激光器。
9.根据权利要求5所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述光纤跳线接头a和光纤跳线接头b均为APC头。
10.根据权利要求5所述的基于双向泵浦结构的1.7μm全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述滤波片在1530～1570nm波长范围内高反射，在1650～2050nm波长范围内高透射。
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