CN109599740A - 具有抑制sbs作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤激光领域，为提高光纤激光MOPA中SBS阈值，降低系统复杂度，实现高效的激光输出，本发明，具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，包括：激光种子源、光纤隔离器、第一光纤合束器、第一双包层有源光纤、包层光剥离器、第二双包层有源光纤、第二光纤合束器、光纤端冒和泵浦源；种子光经由所述光纤隔离器进入所述第一双包层有源光纤的纤芯，再通过所述包层光剥离器进入所述第二双包层有源光纤纤芯；所述泵浦源发射的泵浦光分别通过所述第一、第二光纤合束器的泵浦端正反向耦合进入所述第一、第二有源光纤的包层；所述双包层有源光纤吸收泵浦光，对信号光提供增益后输出。本发明主要应用于激光器设计制造场合。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光领域，一种具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器。
背景技术
为获得高功率、高性能的光纤激光输出，通常采用双包层有源光纤为增益介质的主振荡功率放大器(MOPA)结构。目前，常用的光纤放大器泵浦结构包括正向泵浦、反向泵浦和双向泵浦三种。正向泵浦结构的放大器具有较高的输出光信噪比但斜率效率较低。反向泵浦结构能够实现更高的斜率效率，且对非线性效应具有一定抑制作用，但存在受激自发辐射(ASE)较强的问题，输出信噪比较低。双向泵浦综合了前两种泵浦结构的优点，具有相对较高的斜率效率和信噪比，是实现高功率窄线宽激光输出的最佳泵浦结构，已经在单包层光纤放大器中得到了广泛的应用。但是，在双包层光纤激光放大器中，泵浦光通过光纤合束器耦合进入有源光纤内包层进行泵浦，需在有源光纤末端熔接与有源光纤匹配的包层光剥离器以去除残余泵浦光，避免损毁后级器件。当采用双向泵浦结构时，就需要两个包层光剥离器分别去除正向和反向的残余泵浦光，无可避免地增加激光链路损耗和放大系统的复杂性。
此外，光纤中的非线性效应，如受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等，是限制光纤激光功率水平的主要因素之一。特别是在高功率窄线宽光纤激光放大器中，由于信号光的线宽极窄，很容易发生SBS现象，影响输出斜率效率和信噪比。在现有的技术处中，为抑制SBS效应，需要通过外加设备对双包层增益光纤附加温度梯度或应力梯度，或采用价格较高的大模场面积双包层有源光纤进行放大，设备成本高，放大系统结构复杂。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种抑制SBS效应的双向泵浦双包层光纤激光放大器，提高光纤激光MOPA中SBS阈值，降低系统复杂度，实现高效的激光输出，为此，本发明采用的技术方案是，具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，包括：激光种子源、光纤隔离器、第一光纤合束器、第一双包层有源光纤、包层光剥离器、第二双包层有源光纤、第二光纤合束器、光纤端冒和泵浦源；所述激光种子源发射信号光，种子光经由所述光纤隔离器进入所述第一双包层有源光纤的纤芯，再通过所述包层光剥离器进入所述第二双包层有源光纤纤芯；所述泵浦源发射的泵浦光分别通过所述第一、第二光纤合束器的泵浦端正反向耦合进入所述第一、第二有源光纤的包层，实现双向泵浦；所述双包层有源光纤吸收泵浦光，形成粒子数反转，对信号光提供增益；信号光得到放大，放大后的信号光经由所述第二光纤合束器的信号端和所述光纤端冒输出。
所述包层光剥离器输入端、输出端光纤分别为第一、第二双包层有源光纤的匹配光纤，置于所述第一和第二双包层有源光纤之间，用于剥除残余的正向和反向传输的泵浦光，且输入端光纤芯径小于输出端光纤，用于提高斯托克斯光的反向传输损耗。
第一双包层有源光纤和第二双包层有源光纤可以是铒镱共掺光纤，也可以是掺杂铒、镱、铥、钬或钕的激活离子的有源光纤，分别对应不同的信号光波长。
激光种子源可以是光纤激光器，也可以是半导体激光器，只需满足其发射波长位于第一、第二双包层有源光纤的增益谱内即可；激光种子源可以是连续波运转，也可以是调制、调Q或锁模形式运转。
本发明的特点及有益效果是：
通过单个包层光剥离器将正反向传输的残余泵浦光同时剥离，实现双包层有源光纤双向泵浦。包层光剥离器输入输出光纤芯径不同，起到提高斯托克斯光传输损耗的作用，可以提高放大器的SBS阈值，有效抑制放大器中的SBS效应。该放大器无需其他附加设备，结构简单紧凑，有助于实现高功率、高信噪比、窄线宽的激光输出。
附图说明：
图1为本发明提供的一种具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器的一个具体实施例，图2为本发明放大器中部件包层光剥离器5的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：激光种子源； 2：光纤隔离器；
3：第一光纤合束器； 4：第一双包层有源光纤；
5：包层光剥离器； 6：第二双包层有源光纤；
7：第二光纤合束器； 8：光纤端冒；
9：泵浦源； 10：包层光剥离器5的输入光纤
11：包层光剥离器5的输出光纤； 12：；高折射率匹配胶；
13；热沉。
具体实施方式
一种具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，所述光纤激光放大器包括：激光种子源、光纤隔离器、第一光纤合束器、第一双包层有源光纤、包层光剥离器、第二双包层有源光纤、第二光纤合束器、光纤端冒和泵浦源。所述激光种子源发射信号光，种子光经由所述光纤隔离器进入所述第一双包层有源光纤的纤芯，再通过所述包层光剥离器进入所述第二双包层有源光纤纤芯。所述泵浦源发射的泵浦光分别通过所述第一、第二光纤合束器的泵浦端正反向耦合进入所述第一、第二有源光纤的包层，实现双向泵浦。所述双包层有源光纤吸收泵浦光，形成粒子数反转，对信号光提供增益。信号光得到放大，放大后的信号光经由所述第二光纤合束器的信号端和所述光纤端冒输出。
所述包层光剥离器输入端、输出端光纤分别为第一、第二双包层有源光纤的匹配光纤，置于所述第一和第二双包层有源光纤之间，用于剥除残余的正向和反向传输的泵浦光。且输入端光纤芯径小于输出端光纤，用于提高斯托克斯光的反向传输损耗。
放大过程中，当第二双包层有源光纤中产生布里渊散射时，只有少量反向传输的斯托克斯光通过包层光剥离器耦合到第一双包层有源光纤中，避免其增益过高形成激射，使得放大器中的SBS效应得以抑制。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，所述光纤激光放大器结构参见图1，本发明实施中，通过单个包层光剥离器将正反向传输的残余泵浦光同时剥离，实现双向泵浦双包层有源光纤。包层光剥离器输入输出端光纤芯径不同，起到提高斯托克斯光传输损耗的作用，可以抑制放大器中的SBS效应。详见下文描述：
所述光纤激光放大器包括：激光种子源1、光纤隔离器2、第一光纤合束器3、第一双包层有源光纤4、包层光剥离器5、第二双包层有源光纤6、第二光纤合束器7、光纤端冒8、泵浦源9。其中，
激光种子源1输出波长为1550nm，输出光纤为6/125单模光纤；光纤隔离器2为光纤耦合器件，光纤芯径6μm；第一光纤合束器3为(2+1)×1光纤合束器，信号纤为6/125双包层光纤，泵浦端光纤为105/125多模光纤；第一双包层有源光纤4为铒镱共掺光纤，纤芯和内包层直径分别为6μm和125μm；包层光剥离器5输入端光纤10为6/125双包层被动光纤，为第一双包层有源光纤4的匹配光纤，光纤芯径6μm。输出端光纤12为12/130双包层被动光纤，为第二双包层有源光纤6的匹配光纤，光纤芯径为12μm。包层光剥离器5的输入光纤10和输出光纤11之间的熔接点附近裸纤用高折射率胶12涂覆，涂覆长度不小于6cm，并且将熔接点置于热沉13之上。第二双包层有源光纤6为铒镱共掺光纤，纤芯和内包层直径分别为12μm和130μm；第二光纤合束器7为(2+1)×1光纤合束器，信号纤为12/130双包层光纤，泵浦端光纤为105/125多模光纤。泵浦源9输出波长为976nm，耦合输出光纤为105/125多模光纤。
激光种子源1发射种子光，通过光纤隔离器2进入第一双包层有源光纤4。泵浦源9发射的泵浦光通过第一光纤合束器3正向泵浦第一双包层有源光纤4。放大后的信号经包层光剥离器5进入第二双包层有源光纤6。泵浦源9通过第二光纤合束器7反向泵浦第二双包层有源光纤6，实现双向泵浦。最终放大后的信号经由第二光纤合束器7的信号端和光纤端冒8输出。
放大过程中，包层光剥离器5同时剥除正反向传输的残余泵浦光，实现双向泵浦。当第二双包层有源光纤6中产生布里渊散射时，由于包层光剥离器5输入端光纤10的芯径小于输出端光纤11的芯径，只有少量反向传输的斯托克斯光通过包层光剥离器5耦合到第一双包层有源光纤4中，避免其增益过高形成激射，使得放大器中的SBS效应得以抑制。
其中，第一双包层有源光纤4和第二双包层有源光纤6可以是铒镱共掺光纤，也可以是掺杂铒、镱、铥、钬、钕等常用激活离子的有源光纤，分别对应不同的信号光波长，本发明实施例对此不做限制。
其中，第二双包层有源光纤6的芯径只需满足大于第一双包层有源光纤4的芯径即可，本发明实施例对此不做限制。
其中，激光种子源1可以是光纤激光器，也可以是半导体激光器或其他激光器，只需满足其发射波长位于第一、第二双包层有源光纤4和6的增益谱内即可，本发明实施例对此不做限制。
其中，激光种子源1可以是连续波运转，也可以是调制、调Q、锁模等其他形式运转，本发明实施例对此不做限制。
其中，泵浦源9可以是半导体激光器，也可以是光纤、固体等其他形式的激光器，其输出波长可以是976nm，也可以是915nm，使用掺杂其他离子的有源光纤时也可以是其他波长，只要对应有源光纤的吸收峰即可，本发明实施例对此不做限制。
综上所述，本发明实施例提供了一种具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，通过包层光剥离器连接两端增益光纤实现双包层光纤放大器的双向泵浦；包层光剥离器输入输出端光纤的芯径不同，起到提高斯托克斯光传输损耗的作用，可以抑制光纤放大器中的SBS效应。该方法无需其他器件，具有结构简单、信噪比高、输出效率高等优点。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，其特征是，包括：激光种子源、光纤隔离器、第一光纤合束器、第一双包层有源光纤、包层光剥离器、第二双包层有源光纤、第二光纤合束器、光纤端冒和泵浦源；所述激光种子源发射信号光，种子光经由所述光纤隔离器进入所述第一双包层有源光纤的纤芯，再通过所述包层光剥离器进入所述第二双包层有源光纤纤芯；所述泵浦源发射的泵浦光分别通过所述第一、第二光纤合束器的泵浦端正反向耦合进入所述第一、第二有源光纤的包层，实现双向泵浦；所述双包层有源光纤吸收泵浦光，形成粒子数反转，对信号光提供增益；信号光得到放大，放大后的信号光经由所述第二光纤合束器的信号端和所述光纤端冒输出。
2.如权利要求1所述的具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，其特征是，所述包层光剥离器输入端、输出端光纤分别为第一、第二双包层有源光纤的匹配光纤，置于所述第一和第二双包层有源光纤之间，用于剥除残余的正向和反向传输的泵浦光，且输入端光纤芯径小于输出端光纤，用于提高斯托克斯光的反向传输损耗。
3.如权利要求1所述的具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，其特征是，第一双包层有源光纤和第二双包层有源光纤可以是铒镱共掺光纤，也可以是掺杂铒、镱、铥、钬或钕的激活离子的有源光纤，分别对应不同的信号光波长。
4.如权利要求1所述的具有抑制SBS作用的双向泵浦双包层光纤激光放大器，其特征是，激光种子源可以是光纤激光器，也可以是半导体激光器，只需满足其发射波长位于第一、第二双包层有源光纤的增益谱内即可；激光种子源可以是连续波运转，也可以是调制、调Q或锁模形式运转。
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