CN106785839A - 一种超连续谱光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超连续谱光纤激光器，用以解决现有的高功率超连续谱光纤激光器泵浦光耦合效率低的问题。所述激光器包括脉冲激光种子源、功率预放大器、第一模场匹配器、功率主放大器、第二模场匹配器以及光子晶体光纤；所述脉冲激光种子源发出的第一脉冲激光经过所述功率预放大器，得到第二脉冲激光；所述第二脉冲激光经过所述第一模场匹配器，得到第三脉冲激光；所述第三脉冲激光经过所述功率主放大器，得到第四脉冲激光；所述第四脉冲激光经过所述第二模场匹配器耦合进入所述光子晶体光纤产生超连续谱激光。所述第一模场匹配器，用于提高所述第二脉冲激光的光束质量；所述第二模场匹配器，用于减小所述第四脉冲激光进入所述光子晶体光纤的耦合损耗。

Description

一种超连续谱光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别是涉及一种超连续谱光纤激光器。
背景技术
全光纤结构超连续谱激光器通常是利用某一波长具有较高峰值功率的脉冲光纤激光泵浦高非线性光纤来实现超连续谱激光输出的。得益于高功率超短脉冲光纤激光器和高非线性石英光子晶体光纤的飞速发展，目前利用近红外激光作为泵浦光的超连续谱激光光谱范围可从400nm一直延伸到2000nm以上，平均功率可达数十瓦。为进一步提高全光纤结构超连续谱激光的输出功率，需要解决的难点问题是如何实现将泵浦激光高效率地耦合进入光子晶体光纤。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种超连续谱光纤激光器，用以解决现有的高功率超连续谱光纤激光器泵浦光耦合效率低的问题，实现高泵浦光耦合效率的高功率超连续谱激光输出。
为解决上述技术问题，本发明中的一种超连续谱光纤激光器，包括脉冲激光种子源、功率预放大器、第一模场匹配器、功率主放大器、第二模场匹配器以及光子晶体光纤；
所述脉冲激光种子源发出的第一脉冲激光经过所述功率预放大器，得到第二脉冲激光；所述第二脉冲激光经过所述第一模场匹配器，得到第三脉冲激光；所述第三脉冲激光经过所述功率主放大器，得到第四脉冲激光；所述第四脉冲激光经过所述第二模场匹配器耦合进入所述光子晶体光纤产生超连续谱激光；
所述第一模场匹配器，用于提高所述第二脉冲激光的光束质量；
所述第二模场匹配器，用于减小所述第四脉冲激光进入所述光子晶体光纤的耦合损耗。
可选地，所述第二模场匹配器，还用于提高所述第四脉冲激光的光束质量。
具体地，所述第二脉冲激光的功率大于所述第一脉冲激光的功率；
所述第三脉冲激光的光束质量优于所述第二脉冲激光的光束质量；
所述第四脉冲激光的功率大于所述第三脉冲激光的功率；
所述超连续谱激光的光束质量大于所述第四脉冲激光的光束质量。
可选地，所述脉冲激光种子源为以下任意一种：
带尾纤的增益开关半导体激光器、调Q脉冲光纤激光器、被动锁模光纤激光器和主动锁模光纤激光器。
可选地，所述功率预放大器为一级或多级放大结构；其中，放大级数由所述脉冲激光种子源的输出功率确定。
可选地，所述第一模场匹配器的输入尾纤与所述功率预放大器的输出尾纤参数一致。
可选地，所述第一模场匹配器的输出尾纤为单包层单模无源光纤。
可选地，所述第二模场匹配器的输入尾纤与所述功率主放大器的输出尾纤参数一致。
可选地，所述第二模场匹配器的输出尾纤为单包层单模无源光纤。
可选地，所述第一模场匹配器和所述第二模场匹配器采用熔融拉锥熔接或热扩芯熔接方式制成，并利用达到预设折射率的紫外固化胶封装；
所述第二模场匹配器与所述光子晶体光纤采用直接熔接方式连接，并利用达到预设折射率的紫外固化胶封装所述第二模场匹配器与所述光子晶体光纤的熔接点。
本发明有益效果如下：
本发明的激光器通过第一模场匹配器提高超连续谱光纤激光器泵浦源输出泵浦激光的光束质量，通过第二模场匹配器提高耦合效率，从而有效提高超连续谱激光器的输出功率和热管理能力。
附图说明
图1是本发明实施例中一种超连续谱光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种超连续谱光纤激光器，以下结合附图以及实施例，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以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明实施例中一种超连续谱光纤激光器，包括脉冲激光种子源1、功率预放大器2、第一模场匹配器3、功率主放大器4、第二模场匹配器5以及光子晶体光纤6；
所述脉冲激光种子源1发出的第一脉冲激光经过所述功率预放大器2，得到第二脉冲激光；所述第二脉冲激光经过所述第一模场匹配器3，得到第三脉冲激光；所述第三脉冲激光经过所述功率主放大器4，得到第四脉冲激光；所述第四脉冲激光经过所述第二模场匹配器5耦合进入所述光子晶体光纤6产生超连续谱激光。
所述第一模场匹配器3，用于提高进入所述功率主放大器4的激光的光束质量，从而提高所述第四脉冲激光的光束质量，即超连续谱激光器泵浦激光的光束质量；
所述第二模场匹配器5，用于减小所述第四脉冲激光进入所述光子晶体光纤6的耦合损耗。
进一步说，所述第二模场匹配器5，还用于提高所述第四脉冲激光的光束质量。
所述第二脉冲激光的功率大于所述第一脉冲激光的功率；
所述第三脉冲激光的光束质量优于所述第二脉冲激光的光束质量；
所述第四脉冲激光的功率大于所述第三脉冲激光的功率；
所述超连续谱激光的光束质量优于所述第四脉冲激光的光束质量。
本发明实施例在超连续谱光纤激光器泵浦源的主放大器4之前和之后分别使用一个用于提高泵浦光光束质量的模场匹配器3和模场匹配器5，并且采用两个模场匹配器极大地提高了超连续谱激光泵浦光到光子晶体光纤的耦合效率。
本发明实施例中激光器作为泵浦源激励光子晶体光纤可以实现高功率(百瓦)的超连续谱激光输出，其耦合效率高于现有的超连续谱光纤激光器的耦合效率，具有很大的实用性。
也就是说，脉冲激光种子源1、功率预放大器2和功率主放大器4构成超连续谱光纤激光器泵浦源。由于提高超连续谱光纤激光器泵浦激光的光束质量可以有效提高其耦合至光子晶体光纤的效率，因此本发明实施例将模场匹配器3用于超连续谱光纤激光器泵浦源的功率主放大器之前，以提高超连续谱激光泵浦源的光束质量；采用另外一个模场匹配器5作为光纤激光器泵浦源和光子晶体光纤6的耦合器件，用于减小超连续谱光纤激光器泵浦源输出尾纤与光子晶体光纤模场失配引起的泵浦光耦合损耗，从而实现更高功率及更高耦合效率的超连续谱激光输出。
具体说，脉冲激光种子源1发出的具有高光束质量、低功率的脉冲激光经过功率预放大器2，得到光束质量下降的中功率脉冲激光，功率预放大器2发出的光束质量下降的中功率脉冲激光经过第一模场匹配器3，得到光束质量提高的中功率脉冲激光，第一模场匹配器3发出的光束质量提高的中功率脉冲激光经过功率主放大器4，得到光束质量下降的高功率脉冲激光，功率主放大器4发出的光束质量下降的高功率脉冲激光经过第二模场匹配器5，得到光束质量提高的高功率脉冲激光，第二模场匹配器5发出的光束质量提高的高功率脉冲激光耦合进入光子晶体光纤6产生高功率超连续谱激光。
在上述实施例的基础上，进一步提出上述实施例的变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
在本发明的一个实施例中，所述脉冲激光种子源1为以下任意一种：
带尾纤的增益开关半导体激光器、调Q脉冲光纤激光器、被动锁模光纤激光器和主动锁模光纤激光器。
在本发明的另一个实施例中，所述功率预放大器2为一级或多级放大结构；其中，放大级数由所述脉冲激光种子源的输出功率确定。
进一步说，当脉冲激光种子源1输出的脉冲激光功率为设定数十毫瓦时，功率预放大器2为一级或多级双包层光纤放大器；而当脉冲激光种子源1输出的脉冲激光功率小于设定数毫瓦时，功率预放大器2由一级单包层光纤放大器和一级或多级双包层光纤放大器组成。
具体说，由于功率预放大器2最后一级放大器通常为大模场双包层光纤放大器，因此功率预放大器2输出的脉冲激光光束质量比脉冲激光种子源1输出的脉冲激光的光束质量有所下降，功率预放大器2输出脉冲激光功率为十瓦和/或十瓦左右。
在本发明的又一个实施例中，所述第一模场匹配器的输入尾纤与所述功率预放大器的输出尾纤参数一致。其中，第一模场匹配器的输出尾纤为单包层单模无源光纤。
本发明实施例中第一模场匹配器3的输出尾纤为单模光纤，只支持基模传输，可有效提高进入功率主放大器4的信号光的光束质量，因此可以提高功率主放大器4输出脉冲激光的光束质量。
所述第二模场匹配器的输入尾纤与所述功率主放大器的输出尾纤参数一致。其中，第二模场匹配器的输出尾纤为单包层单模无源光纤。
本发明实施例中第二模场匹配器5的输入尾纤与功率主放大器4的输出尾纤参数一致，第二模场匹配器5的输出尾纤为单模光纤，由于光子晶体光纤6只支持单模传输，因此可有效提高光子晶体光纤6的泵浦光耦合效率。
在本发明的再一个实施例中，所述第一模场匹配器和所述第二模场匹配器采用熔融拉锥熔接或热扩芯熔接方式制成，并利用达到预设折射率的紫外固化胶封装；
所述第二模场匹配器与所述光子晶体光纤采用直接熔接方式连接，并利用达到预设高折射率的紫外固化胶封装所述第二模场匹配器与所述光子晶体光纤的熔接点。
本发明实施例中第一模场匹配器3和第二模场匹配器5采用熔融拉锥熔接或热扩芯熔接法制成，并利用高折射率紫外固化胶封装，防止器件内部产生大量热降低其使用寿命。
第二模场匹配器5输出尾纤和光子晶体光纤6的熔接点采用高折射率紫外固化胶封装，避免在熔接点堆积大量热。
同时，模场匹配器采用熔融拉锥或热扩芯法制成，并利用高折射率紫外固化胶封装，大大提高了到光子晶体光纤的泵浦激光耦合效率。
进一步说，本发明提供的高泵浦光耦合效率的超连续谱光纤激光器(简称超连续谱光纤激光器)，在超连续谱光纤激光器泵浦源的功率主放大器之前增加一个模场匹配器，提高了进入功率主放大器的信号光的光束质量，从而能提高超连续谱光纤激光器泵浦源输出泵浦激光的光束质量，这样采用熔融拉锥熔接或热扩芯熔接法制成的第二模场匹配器的耦合效率会大大提高，从而有效提高超连续谱激光的转换效率和输出功率，同时避免了第二模场匹配器内部以及第二模场匹配器输出尾纤与光子晶体光纤的熔接点堆积大量热，使其能够承受更高的泵浦光功率，延长使用寿命。
虽然本申请描述了本发明的特定示例，但本领域技术人员可以在不脱离本发明概念的基础上设计出来本发明的变型。
本领域技术人员在本发明技术构思的启发下，在不脱离本发明内容的基础上，还可以对本发明的方法做出各种改进，这仍落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超连续谱光纤激光器，其特征在于，所述激光器包括脉冲激光种子源、功率预放大器、第一模场匹配器、功率主放大器、第二模场匹配器以及光子晶体光纤；
所述脉冲激光种子源发出的第一脉冲激光经过所述功率预放大器，得到第二脉冲激光；所述第二脉冲激光经过所述第一模场匹配器，得到第三脉冲激光；所述第三脉冲激光经过所述功率主放大器，得到第四脉冲激光；所述第四脉冲激光经过所述第二模场匹配器耦合进入所述光子晶体光纤产生超连续谱激光；
所述第一模场匹配器，用于提高所述第二脉冲激光的光束质量；
所述第二模场匹配器，用于减小所述第四脉冲激光进入所述光子晶体光纤的耦合损耗。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第二模场匹配器，还用于提高所述第四脉冲激光的光束质量。
3.如权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述第二脉冲激光的功率大于所述第一脉冲激光的功率；
所述第三脉冲激光的光束质量优于所述第二脉冲激光的光束质量；
所述第四脉冲激光的功率大于所述第三脉冲激光的功率；
所述超连续谱激光的光束质量优于所述第四脉冲激光的光束质量。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的激光器，其特征在于，所述脉冲激光种子源为以下任意一种：
带尾纤的增益开关半导体激光器、调Q脉冲光纤激光器、被动锁模光纤激光器和主动锁模光纤激光器。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的激光器，其特征在于，所述功率预放大器为一级或多级放大结构；其中，放大级数由所述脉冲激光种子源的输出功率确定。
6.如权利要求1-3中任意一项所述的激光器，其特征在于，所述第一模场匹配器的输入尾纤与所述功率预放大器的输出尾纤参数一致。
7.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述第一模场匹配器的输出尾纤为单包层单模无源光纤。
8.如权利要求1-3中任意一项所述的激光器，其特征在于，所述第二模场匹配器的输入尾纤与所述功率主放大器的输出尾纤参数一致。
9.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述第二模场匹配器的输出尾纤为单包层单模无源光纤。
10.如权利要求1-3中任意一项所述的激光器，其特征在于，所述第一模场匹配器和所述第二模场匹配器采用熔融拉锥熔接或热扩芯熔接方式制成，并利用达到预设折射率的紫外固化胶封装；
所述第二模场匹配器与所述光子晶体光纤采用直接熔接方式连接，并利用达到预设折射率的紫外固化胶封装所述第二模场匹配器与所述光子晶体光纤的熔接点。
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