CN109830880A - 一种1.7μm光纤激光放大器 - Google Patents

一种1.7μm光纤激光放大器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种1.7μm光纤激光放大器，其具体结构主要包括信号源、光隔离器、泵浦源、两个波分复用器、三段掺铥石英光纤、间隔于三段掺铥石英光纤的两个带通滤波器、布拉格光纤光栅(FBG)和光纤跳线头。本发明能有效解决掺铥光纤放大器中1.7μm短波长操作过程中中心波长处ASE导致的信号增益饱和问题以及信号光被严重再吸收问题，实现稳定高效的1.7μm波段放大信号输出。

Description

一种1.7μm光纤激光放大器
技术领域
本发明涉及一种光纤放大器，具体涉及一种1.7μm波段全光纤掺铥石英光纤激光放大器。
技术背景
1.7μm波段具有一些独特的性质：该波段为CH键的一个很强的吸收峰，同时水在该波段的吸收又很少，此外相比于808nm、1064nm和1550nm，其位于波长更长的波段区间。因此，该波段激光光源在光学相干断层扫描(OCT)、皮脂腺激光手术、高密度聚合物焊接和切割以及激光通信领域具有极为重要的应用前景。近年来，该波段光纤激光光源已取得了一些重要的进展，但关于该波段光纤放大器方面的报道很少。
稀土Tm3+离子具有很宽的荧光增益谱(1650-2200nm)，其稀土掺杂石英光纤是一种较为理想的超宽带激光放大器增益介质。目前，国内外相关单位已有不少关于基于该光纤实现1800-2000nm波段范围的光纤激光放大方面的报道。但要实现进一步的短波长(少于1750nm)波段的光纤激光放大仍存在如下问题：
1.由于Tm3+属于三能级系统，在短波长激光放大过程中，信号光极易被增益光纤再吸收，导致信号光增益大幅度降低；
2.由于1.7μm已位于Tm3+增益谱的边缘位置，荧光中心波长处放大的自发辐射(ASE)极易导致信号光处的增益饱和而抑制该波段的光纤激光放大过程。
因此，基于掺铥光纤，要实现1.7μm短波长光纤激光放大的有效操作，需解决以上两个问题。
发明内容
本发明提出了一种基于掺铥石英光纤的1.7μm光纤激光放大器，能有效解决该波段光纤激光放大过程中信号光被再吸收以及ASE导致的增益饱和现象。
本发明采用的技术方案：
该1.7μm光纤激光放大器，包括依次熔接的第一波分复用器、第一掺铥石英光纤、第一带通滤波器、第二掺铥石英光纤、第二带通滤波器、第三掺铥石英光纤、布拉格光纤光栅、第二波分复用器以及光纤跳线头；
其中，第一波分复用器的泵浦臂和信号注入端分别用于将泵浦光和信号光注入第一掺铥石英光纤中，第一波分复用器的合束端得出的放大信号，再依次通过第一带通滤波器、第二掺铥石英光纤、第二带通滤波器、第三掺铥石英光纤实现进一步的信号光放大，最终经第二波分复用器的信号注入端由APC跳线头输出。
基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：
所述泵浦光来自掺铒光纤激光器，该掺铒光纤激光器的输出波长为1550nm，输出功率为0～20W。
作为信号源的掺铥石英光纤激光器，其输出波长为1695～1720nm，输出功率为0～3W。
所述第一带通滤波器和第二带通滤波器的高通波段均为1695～1720nm，高阻波段均为1650～1695nm和1720～2000nm。
所述布拉格光纤光栅的工作波长即为泵浦光的波长，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.9％。
所述光纤跳线头为APC型。
所述信号源与第一波分复用器的信号注入端之间还设置有光隔离器，用于限制信号光反射回信号源。
三段掺铥石英光纤的长度可以不同，但长度一般不超过250mm，可分别为100mm～250mm。
本发明具有以下有益效果：
1.通过巧妙地在光路中设计了三段掺铥石英光纤，可以实现两个效果：1.减少因单段增益光纤过长而导致的信号光被再吸收作用；2.避免因整段光纤过短而导致的信号光增益过小的结果；同时引入两个带通滤波器可以有效地将放大信号中的ASE过滤掉，从而抑制因其导致的信号增益饱和效应。
2.设置布拉格光纤光栅能将未被掺铥石英光纤吸收完全的前向泵浦光反射回放大光路中形成一个双向泵浦光，使得Tm3+离子数反转密度沿掺铥增益管辖分布更均匀，进一步减少短波长处信号光被再吸收作用。
3.通过APC跳线头来输出放大信号，能减少放大光路中寄生信号的产生。
4.本发明提出的1.7μm光纤激光放大器结构简单紧凑，为全光纤结构，稳定性极好。
附图说明
图1为本发明的1.7μm光纤激光放大器的结构示意图。
图2为本发明的放大信号输出光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述:
参见图1，本发明所提供的一种1.7μm光纤激光器放大器，其具体结构主要由信号源1、光隔离器2、泵浦源3、波分复用器4、掺铥石英光纤5、带通滤波器6、掺铥石英光纤7、带通滤波器8、掺铥石英光纤9、布拉格光纤光栅(FBG)10、波分复用器11和光纤跳线头12组成。其中，所述的泵浦源3与波分复用器4的泵浦臂熔接；光隔离器2一端与信号源1熔接，另一端与波分复用器4的信号注入端熔接；掺铥石英光纤5的一端与波分复用器4的合束端熔接，其另一端与带通滤波器6的一端熔接；掺铥石英光纤7的一端与带通滤波器6熔接，其另一端与带通滤波器8熔接；掺铥石英光纤9的一端与带通滤波器8熔接，其另一端与布拉格光纤光栅10的一端熔接；布拉格光纤光栅10的另一端与波分复用器11的合束端熔接，光纤跳线头与波分复用器的信号注入端熔接。
信号源1可以采用现有的1.7μm掺铥石英光纤激光器(例如专利文献CN 106329296A的方案)，输出波长为1695～1720nm，输出功率为0～3W；光隔离器2插入损耗小于0.3dB，隔离度大于45dB；泵浦源3可以采用IPG公司生产的掺铒光纤激光器，其输出功率为1550nm，最大输出功率为20W；波分复用器4和11的工作波长为1550/1705±5nm，插入损耗小于0.2dB；三段掺铥石英光纤5、7和9的纤芯和内包层直径分别均为9.8μm和126μm，数值孔径为0.20，长度均为150mm；带通滤波器6和8的带通波段为1695～1720nm，高阻波段为1650～1695nm和1720～2000nm；布拉格光纤光栅10中心波长为1550nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.9％；光纤跳线头12为APC型。
以上各个光纤器件的参数均可以做小范围内的调整，但各个器件间参数是匹配的，三段光纤的长度可以不同，但长度一般不超过250mm。
掺铒光纤激光器作泵浦源，掺铥石英光纤激光器作信号源，利用波分复用器4的泵浦臂和信号注入端分别将泵浦光和信号光注入掺铥石英光纤5中，形成一个放大信号，然后再依次通过带通滤波器6、掺铥石英光纤7、带通滤波器8和掺铥石英光纤9进行进一步的信号光放大，最终实现1.7μm波段光纤激光放大，并通过波分复用器11的信号注入端输出。其中，光路中光隔离器的作用是限制信号光反射回信号源中，使信号光单向传输；带通滤波器6和8的作用是能将放大信号光中的ASE部分滤掉；布拉格光纤光栅10的作用是能将未被掺铥石英光纤吸收完全的前向泵浦光反射回放大光路中形成一个双向泵浦光。
本发明所提供的放大光路结构可以有效地解决掺铥光纤放大器中1.7μm短波长操作过程中中心波长处ASE导致的信号增益饱和问题以及信号光被严重再吸收问题。通过引入两个带通滤波器可以有效地将放大信号中的ASE过滤掉，从而抑制其导致的信号增益饱和现象。通过巧妙地在光路中设计了三段掺铥石英光纤，可以同时实现两个效果：1.减少因单段增益光纤过长而导致的信号光被再吸收作用；2.避免因整段光纤过短而导致的信号光增益过小的结果。通过布拉格光纤光栅10能将未被掺铥石英光纤吸收完全的前向泵浦光反射回放大光路中形成一个双向泵浦光，使得Tm3+离子数反转密度沿掺铥增益管辖分布更均匀，进一步减少短波长处信号光被再吸收作用。通过APC跳线头来输出放大信号，可以进一步抑制寄生信号的产生。
通过该结构可以实现稳定、高效的1.7μm放大信号输出。不同的泵浦光功率和不同的信号种子源功率可以得到不同功率的放大信号输出，图2为泵浦光功率为30dBm、信号种子源功率为0dBm条件下得到的放大信号光谱图。

Claims (8)

1.一种1.7μm光纤激光放大器，采用掺铥石英光纤激光器作信号源，其特征在于，该光纤激光放大器包括依次熔接的第一波分复用器(4)、第一掺铥石英光纤(5)、第一带通滤波器(6)、第二掺铥石英光纤(7)、第二带通滤波器(8)、第三掺铥石英光纤(9)、布拉格光纤光栅(10)、第二波分复用器(11)以及光纤跳线头(12)；
其中，第一波分复用器(4)的泵浦臂和信号注入端分别用于将泵浦光和信号光注入第一掺铥石英光纤(5)中，第一波分复用器(4)的合束端得出的放大信号，再依次通过第一带通滤波器(6)、第二掺铥石英光纤(7)、第二带通滤波器(8)、第三掺铥石英光纤(9)实现进一步的信号光放大，最终经第二波分复用器(11)的信号注入端由APC跳线头(12)输出。
2.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：所述泵浦光来自掺铒光纤激光器，该掺铒光纤激光器的输出波长为1550nm，输出功率为0～20W。
3.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：作为信号源的掺铥石英光纤激光器，其输出波长为1695～1720nm，输出功率为0～3W。
4.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：所述第一带通滤波器(6)和第二带通滤波器(8)的高通波段均为1695～1720nm，高阻波段均为1650～1695nm和1720～2000nm。
5.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：所述布拉格光纤光栅(10)的工作波长即为泵浦光的波长，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.9％。
6.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：所述光纤跳线头为APC型。
7.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：所述信号源与第一波分复用器(4)的信号注入端之间还设置有光隔离器，用于限制信号光反射回信号源。
8.根据权利要求1所述的1.7μm光纤激光放大器，其特征在于：第一掺铥石英光纤(5)、第二掺铥石英光纤(7)、第三掺铥石英光纤(9)的长度分别为100mm～250mm。
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