CN110911951A - 末级放大器及光纤激光输出装置 - Google Patents

末级放大器及光纤激光输出装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种末级放大器及光纤激光输出装置，涉及光通信技术领域。所述末级放大器包括第一增益光纤、第一泵浦源、第一泵浦集束器、第一模式剥除器和第一传输光纤，所述第一泵浦源的泵浦功率大于或等于500瓦，所述第一增益光纤和所述第一传输光纤均为长度范围为3米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至20厘米的光纤，最终输出非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500瓦、光束质量M2<1.6的输出光信号，从而能够配合光纤激光输出装置输出无模式不稳定现象、光谱成分纯净的大功率的稳定窄线宽激光。

Description

末级放大器及光纤激光输出装置
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种末级放大器及光纤激光输出装置。
背景技术
当前各种高功率窄线宽光纤激光技术中，对线宽的技术指标要求严格限制了现有常见技术路线中振荡器产生的种子功率上限。而过低的振荡器功率直接进行高功率放大时，由于放大倍数过大，易导致放大器产生自激效应而出现激光器系统不稳定，甚至是系统烧毁的现象。因此，高功率窄线宽光纤激光技术中，预放大环节的技术方案极其重要。
当前已有的预放大器技术方案中，主要是基于10/130um光纤的多级预放大技术。但受限于模场面积，当前已有技术方案中，预放的最大功率的输出功率较小，且由于光线芯径小、非线性效应强，会导致预放大级输出的种子光中，非线性成分占比过高，当其进入主放大器进行功率放大时，会显著增强放大过程中的非线性效应，进而导致展宽光谱、光束质量劣化，则受限于非线性效应和模式不稳定性效应，最终限制整个光纤激光系统的最大输出功率。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种末级放大器及光纤激光输出装置，以改善现有技术中存在的光纤激光系统由于模式不稳定和非线性效应导致的最大输出功率受限问题。
本申请实施例提供了一种末级放大器，所述末级放大器包括第一增益光纤、第一泵浦源、第一泵浦集束器、第一模式剥除器和第一传输光纤，所述第一泵浦源的泵浦功率大于或等于500瓦，所述第一增益光纤和所述第一传输光纤均为长度范围为3米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至20厘米的光纤：所述第一增益光纤的输入端用于接收种子光，所述第一增益光纤的输出端与所述第一泵浦源的输入端连接，所述第一泵浦源的输出端分别与所述第一模式剥除器的输入端以及所述第一泵浦集束器连接；所述第一泵浦源用于输出泵浦光，所述第一泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第一增益光纤，以对所述第一增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第一信号光，所述第一模式剥除器用于将接收到的所述第一信号光中的残余泵浦光剥离得到非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500瓦、光束质量M2<1.6的第二信号光，并将所述第二信号光通过所述第一传输光纤输出。
在上述实现方式中，通过第一增益光纤、第一泵浦源、第一泵浦集束器、第一模式剥除器和第一传输光纤之间的参数配合能够输出非线性成分占比少、最大功率大于或等于500W、光束质量M2<1.6的优质种子光，实现了非线性成分少、功率较高、高光束质量的优质种子光的输出。
可选地，所述第一泵浦集束器的输出功率大于或等于所述第一泵浦源的泵浦功率，信号光损耗率小于百分之十。
在上述实现方式中，通过功率匹配保证了第一泵浦集束器能够实现泵浦光的集束耦合，以提高出纤功率，改善泵浦转换效率和输出光束质量。
可选地，所述第一模式剥除器的剥除功率大于或等于100W。
在上述实现方式中，通过功率匹配的模式剥除器能够对包层光进行剥除，提高光束质量，保证相关光学准直器件以及激光器的稳定性。
可选地，所述第一增益光纤为双包层、三包层或多包层光纤。
在上述实现方式中，双包层、三包层或多包层光纤不需要将泵浦能量直接耦合到模场直径相对较小的光纤中去，从而可以采用低成本的、大模场高功率的半导体激光器作为泵浦源，提高了整体激光输出功率。
本申请实施例还提供了一种光纤激光输出装置，所述装置包括：种子激光器、隔离器、前级预放大器、如上述任一项所述的末级放大器和主功率放大器，所述种子激光器的功率大于或等于0.1mW，所述隔离器的隔离功率大于或等于0.1mW；所述种子激光器的输出端与所述隔离器的输入端连接，所述隔离器的输出端与所述前级预放大器的输入端连接，所述前级预放大器的输出端与所述末级放大器的输入端连接，所述末级放大器的输出端与所述主功率放大器的输入端连接；所述隔离器用于匹配所述种子激光器输出的光纤参数，对所述种子激光器输出的信号光进行返回光隔离，所述前级预放大器用于基于所述种子激光器的输出功率对信号光进行前级或多级预放大，将输出功率大于或等于1W的信号光输出至所述末级放大器，所述末级放大器用于获得非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500W、光束质量M2<1.6的种子光并输出至所述主功率放大器，所述主功率放大器用于获得输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光。
在上述实现方式中，基于末级放大器的预放大技术输出的优质种子光，然后经由主功率放大器进行功率放大以后，可以实现输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光的输出，且其无模式不稳定现象，光谱成分纯净，无明显的ASE(放大自发辐射)、SBS(受激布里渊散射)、SRS(受激拉曼散射)等非线性效应。
可选地，所述前级预放大器包括第二增益光纤、第二泵浦源、第二泵浦集束器、第二模式剥除器和第二传输光纤，所述第二增益光纤和所述第二传输光纤为长度范围为1米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围3厘米至10厘米的光纤，所述第二泵浦源的泵浦功率大于或等于10W；所述第一增益光纤的输入端用于接收种子光，所述第一增益光纤的输出端与所述第一泵浦源的输入端连接，所述第一泵浦源的输出端分别与所述第一模式剥除器的输入端以及所述第一泵浦集束器连接；所述第二泵浦源用于输出泵浦光，所述第二泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第二增益光纤，以对所述第二增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第三信号光，所述第二模式剥除器用于将接收到的所述第三信号光中的残余泵浦光剥离得到输出功率大于或等于1W的第四信号光，并将所述第四信号光通过所述第二传输光纤输出。
在上述实现方式中，基于前级放大器的参数配置，能够匹配隔离器传输的输出功率，进行前级或多级预放大，最终放大输出功率1W以上。
可选地，所述第二泵浦集束器的输出功率大于或等于所述第二泵浦源的泵浦功率，信号光损耗率小于百分之十。
在上述实现方式中，通过功率匹配保证了第二泵浦集束器能够实现泵浦光的集束耦合，以提高出纤功率，改善泵浦转换效率和输出光束质量。
可选地，所述第二模式剥除器的剥除功率大于或等于0.5W。
在上述实现方式中，通过功率匹配的模式剥除器能够对包层光进行剥除，提高光束质量，保证相关光学准直器件以及激光器的稳定性。
可选地，所述主功率放大器包括第三增益光纤、第三泵浦源、第三泵浦集束器、第三模式剥除器和第三传输光纤，所述第三增益光纤和所述第三传输光纤为长度范围为10米至30米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至50厘米的光纤，所述第三泵浦源的波长为900纳米至1030纳米，泵浦功率大于或等于4kW：所述第三增益光纤的输入端接收种子光，所述第三增益光纤的输出端与所述第三泵浦源的输入端连接，所述第三泵浦源的输出端分别与所述第三模式剥除器的输入端以及所述第三泵浦集束器连接；所述第三泵浦源用于输出泵浦光，所述第三泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第三增益光纤，以对所述第三增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第五信号光，所述第三模式剥除器用于将接收到的所述第五信号光中的残余泵浦光剥离得到输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光，并将所述稳定窄线宽光纤激光通过所述第三传输光纤输出。
在上述实现方式中，在上述实现方式中，通过第三增益光纤、第三泵浦源、第三泵浦集束器、第三模式剥除器和第三传输光纤之间的参数配合能够进一步对残余光进行剥除，提高光束质量并提高输出功率，从而输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光。
可选地，所述第三模式剥除器的剥除功率大于或等于500W。
在上述实现方式中，通过功率匹配的模式剥除器能够对包层光进行剥除，提高光束质量，保证相关光学准直器件以及激光器的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种现有技术中高功率窄线宽光纤激光器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种光纤激光输出装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种前级预放大器的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种末级放大器的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种主功率放大器的结构示意图。
图标：10-光纤激光输出装置；11-种子激光器；12-隔离器；13-前级预放大器；131-第二增益光纤；132-第二泵浦源；133-第二泵浦集束器；134-第二模式剥除器；135-第二传输光纤；14-末级放大器；141-第一增益光纤；142-第一泵浦源；143-第一泵浦集束器；144-第一模式剥除器；145-第一传输光纤；15-主功率放大器；151-第三增益光纤；152-第三泵浦源；153-第三泵浦集束器；154-第三模式剥除器；155-第三传输光纤。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
经本申请人研究发现，实现高功率窄线宽激光输出目前有两种技术路线，第一是“窄线宽振荡器+功率放大”方案：少纵模光纤激光器通常以光纤光栅作为反射镜的短腔长分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，DBR)光纤激光器作为主振荡器，配合低功率起振振荡器、预放大、主功率放大实现窄线宽种子输出。第二是“DFB激光器+相位调制+功率放大”方案：单纵模光纤激光器通常使用分布式反馈(Distributed FeedbackLaser，DFB)激光器作为主振荡器，其具有非常高的功率稳定特性。DFB激光器输出被相位调制器所调制，相位调制受到任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator，AWG)的发出的波形控制，由于AWG的功率不足，需要采用射频放大器对AWG的波形进行功率放大才能有效驱动相位调制器。DFB激光器平均功率仅能达到数十毫瓦，然后采用“DFB振荡器+多级预放大+主功率放大”方案才能实现千瓦级输出。
下面对现有的基于上述原理的高功率窄线宽光纤激光器进行说明，其由振荡器种子源、各级预放大器、主放大器三部分构成。请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种现有技术中高功率窄线宽光纤激光器的结构示意图。其中，振荡器种子提供整个系统的种子源，可包含常见的数瓦级光纤光栅振荡器窄线宽激光种子源，或数毫瓦级的DFB窄线宽激光种子源，以及其他满足线宽需求的窄线宽种子源。各级预放大器主要将振荡器种子进行功率放大，将种子功率提升到合适的范围，以满足主放大器中，对种子光功率和主放大器功率放大系数的需求。主放大器提供最终所需的主功率放大，以将输出功率提升至3kW、4kW、5kW甚至更高，以满足高功率窄线宽光纤激光器的功率需求。
但是当前已有的预放大器技术方案中，主要是基于10/130um光纤的多级预放大技术。但受限于10/130um光纤的有限模场面积，当前已有技术方案中，预放的最大功率的输出功率上限为100W。且由于10/130um光纤芯径小、非线性效应强，会导致基于10/130um光纤的预放大级输出的种子光中，非线性成分占比过高，当其进入主放大器进行功率放大时，会显著增强放大过程中的非线性效应，进而导致展宽光谱、光束质量劣化，最终限制整个光纤激光系统的最大输出功率。当前已有技术中，基于10/130um光纤主放的高功率窄线宽激光器，受限于非线性效应和模式不稳定性效应，其最高输出功率均限制在4kW内。
当前技术难以实现更高功率窄线宽光纤激光器的技术需求，诸如窄线宽(线宽<0.5nm)、高功率(功率＞4kW)、光束质量优质(M2<1.3)等，尚需寻找更优质的预放大器技术，对其输出参数和指标进行提升。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种光纤激光输出装置10。请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种光纤激光输出装置的结构示意图。
光纤激光输出装置10包括种子激光器11、隔离器12、前级预放大器13、末级放大器14和主功率放大器15。其中，种子激光器11的输出端与隔离器12的输入端连接，隔离器12的输出端与前级预放大器13的输入端连接，前级预放大器13的输出端与末级放大器14的输入端连接，末级放大器14的输出端与主功率放大器15的输入端连接。
种子激光器11为振荡器种子，其可以包括光纤光栅振荡器窄线宽激光种子源、DFB窄线宽激光种子源或其他满足线宽要求的窄线宽种子源，并且需要保证种子功率在0.1mW以上。
其中，种子激光器11是其输出光被注入到一些放大器或者其它激光器中的一种激光器。它通常工作于下列情形：(1)种子激光器与放大器结合一起形成一个主振荡功率放大器，用来产生更高功率的输出光。与单个高功率激光器相比，可以实现例如具有窄线宽的单频工作，很大的波长调谐范围，产生超短脉冲；(2)单频的种子光束可以直接注入到另一个激光器(从属激光器)或者光学参量振荡器中通过注入种子注入过程达到窄带辐射。
隔离器12也称光隔离器，是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离。具体而言，隔离器12是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。
在本实施例中，隔离器12用于匹配种子激光器11输出的光纤参数，对种子激光器11输出的信号光进行反射光隔离。可选地，本实施例中前级预放大器13、末级放大器14的输出端都可以连接有隔离器12。
作为一种可选的实施方式，本实施中的前级预放大器13、末级放大器14和主功率放大器15的结构组成可以类似，其区别在于各元件的参数不同以实现不同的效果。
请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种前级预放大器的结构示意图。
前级预放大器13包括第二增益光纤131、第二泵浦源132、第二泵浦集束器133、第二模式剥除器134和第二传输光纤135。其中，第二增益光纤131的输入端用于接收隔离器12传输来的种子光，第二增益光纤131的输出端与第二泵浦源132的输入端连接，第二泵浦源132的输出端分别与第二模式剥除器134的输入端以及第二泵浦集束器133连接，第二模式剥除器134的输出端与第二传输光纤135连接。
可选地，第二增益光纤131可以为双包层、三包层或多包层光纤，由于包层间的折射率不同，其横向尺寸和数值孔径均远大于纤芯，这样就可以比较容易地将高功率的多模半导体激光泵浦入光纤，并被限制在内包层中传输，不扩散，有利于保持高功率密度光泵，有效解决了光纤激光器中泵浦光功率与增益光纤之间的耦合效率问题，实现高脉冲能量和高光束质量的激光输出。
进一步地，第二增益光纤131可以为掺镱光纤，掺杂光纤是一种向常规传输光纤的石英玻璃基质中掺入微量稀土元素(如铒、镱等)的特种光纤，其为具有放大能力的主动光纤，从而可以满足高功率光纤激光器高效率与低噪声的要求。可选地，本实施例中的第二增益光纤131的掺镱含量可以根据具体需求进行调整。
可选地，第二增益光纤131的长度范围可以是1-5米，纤芯直径范围为15微米至30微米，采用跑道式盘绕，盘绕直径范围3厘米至10厘米，以使第二增益光纤131能够匹配前级预放大器13的其他元件。
泵浦源的作用是对激光工作物质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。第二泵浦源132可以是LD(Laser Diode，激光二极管)泵浦源，其泵浦功率大于或等于10W，泵浦方式可选择正向、反向、双端泵浦。可选地，第二泵浦源132的中心波长可以根据具体需求进行选择调整。
第二泵浦集束器133用于提高泵浦功率，本实施例中的第二泵浦集束器133的功率大于或等于10W，其功率标注为第二泵浦集束器133的输出功率大于或等于第二泵浦源132的泵浦功率，其用于接收第二泵浦源132出射的泵浦光并将该泵浦光反向输入至第二增益光纤131，以对第二增益光纤131中的种子光进行功率放大，得到功率放大后的第三信号光。可选地，第二泵浦集束器133的信号光损耗率小于百分之十。
光纤激光器或者放大器中，输出光纤中的包层光能量主要来自于残余泵浦光、光纤熔接点处泄露到包层的信号光以及包层模式的信号光。激光器高功率运行时，若这些包层光不及时处理掉，会直接影响激光器的光束质量，损坏光学准直器件，影响激光器的稳定性。所以，模式剥离器在光纤激光器中具有至关重要的作用。
本实施例中的第二模式剥除器134用于将接收到的第三信号光中的残余泵浦光剥离得到输出功率大于或等于1W的第四信号光。
可选地，该第二模式剥除器134的剥除功率与前级预放大器13其他元件相匹配，可以大于或等于0.5W。
第二传输光纤135的长度、纤芯直径、盘绕直径等参数与第二增益光纤131相同，其用于输出第四信号光。
应当理解的是，本实施中的前级预放大器13还可以采用多个前级预放大器13组成的多级放大器替代，对种子光进行多级放大，最终获得相同参数、质量的出射光即可。
请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种末级放大器的结构示意图。
末级放大器14包括第一增益光纤141、第一泵浦源142、第一泵浦集束器143、第一模式剥除器144和第一传输光纤145。其中，第一增益光纤141的输入端用于接收第二传输光纤135传输来的种子光，第一增益光纤141的输出端与第一泵浦源142的输入端连接，第一泵浦源142的输出端分别与第一模式剥除器144的输入端以及第一泵浦集束器143连接，第一模式剥除器144的输出端与第一传输光纤145连接。
除了连接方式，第一增益光纤141、第一泵浦源142、第一泵浦集束器143、第一模式剥除器144和第一传输光纤145在本实施例中的作用、类型都可以与第二增益光纤131、第二泵浦源132、第二泵浦集束器133、第二模式剥除器134和第二传输光纤135对应相同。
应当注意的是，第一增益光纤141、第一泵浦源142、第一泵浦集束器143、第一模式剥除器144和第一传输光纤145的参数则与前级预放大器13中的对应元件不同。
第一增益光纤141和第一传输光纤145均为长度范围为3米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至20厘米的光纤。
第一泵浦源142可以为LD泵浦源，其泵浦功率需要大于或等于500W。进一步地，第一泵浦源142可以为波长976nm的高吸收系数的反向泵浦源。
第一泵浦集束器143的输出功率大于或等于第一泵浦源142的泵浦功率，信号光损耗率小于百分之十。
对应地，第一模式剥除器144的剥除功率大于或等于100W。
在本实施例中，前级预放大器13传输来的光信号经过末级放大器14的放大处理后，通过第一传输光纤145向主功率放大器15输出非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500瓦、光束质量M2<1.6的第二信号光。
应当理解的是，非线性成分占比的预设值可以根据具体需求进行调整。
请参考图5，图5为本申请实施例提供的一种主功率放大器的结构示意图。
主功率放大器15包括第三增益光纤151、第三泵浦源152、第三泵浦集束器153、第三模式剥除器154和第三传输光纤155。其中，第三增益光纤151的输入端用于接收第一传输光纤145传输来的种子光，第三增益光纤151的输出端与第三泵浦源152的输入端连接，第三泵浦源152的输出端分别与第三模式剥除器154的输入端以及第三泵浦集束器153连接，第三模式剥除器154的输出端与第三传输光纤155连接。
除了连接方式，第三增益光纤151、第三泵浦源152、第三泵浦集束器153、第三模式剥除器154和第三传输光纤155在本实施例中的作用、类型都可以与第二增益光纤131、第二泵浦源132、第二泵浦集束器133、第二模式剥除器134和第二传输光纤135对应相同。
应当注意的是，第三增益光纤151、第三泵浦源152、第三泵浦集束器153、第三模式剥除器154和第三传输光纤155的参数则与前级预放大器13、末级放大器14中的对应元件不同。
第三增益光纤151和第三传输光纤155均为长度范围为10米至30米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至50厘米的光纤。
第三泵浦源152可以为LD泵浦源，其泵浦功率需要大于或等于4kW。进一步地，第三泵浦源152可以为波长900-1030nm的高吸收系数的泵浦源。可选地，其可以为正向、反向或双端泵浦方式。
第三泵浦集束器153的输出功率大于或等于第三泵浦源152的泵浦功率。
对应地，第一模式剥除器144的剥除功率大于或等于500W。
在本实施例中，末级放大器14传输来的光信号经过主功率放大器15的放大处理后，通过第三传输光纤155输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光。同时，其无模式不稳定现象，光谱成分纯净，无明显的AES、SBS、SRS等非线性效应。
进一步地，在主功率放大器15的第三传输光纤155的输出端还可以设置有激光输出头，以进行稳定的激光输出。
综上所述，本实施例提供了一种末级放大器及光纤激光输出装置，所述末级放大器包括第一增益光纤、第一泵浦源、第一泵浦集束器、第一模式剥除器和第一传输光纤，所述第一泵浦源的泵浦功率大于或等于500瓦，所述第一增益光纤和所述第一传输光纤均为长度范围为3米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至20厘米的光纤：所述第一增益光纤的输入端用于接收种子光，所述第一增益光纤的输出端与所述第一泵浦源的输入端连接，所述第一泵浦源的输出端分别与所述第一模式剥除器的输入端以及所述第一泵浦集束器连接；所述第一泵浦源用于输出泵浦光，所述第一泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第一增益光纤，以对所述第一增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第一信号光，所述第一模式剥除器用于将接收到的所述第一信号光中的残余泵浦光剥离得到非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500瓦、光束质量M2<1.6的第二信号光，并将所述第二信号光通过所述第一传输光纤输出。
在上述实现方式中，末级放大器通过第一增益光纤、第一泵浦源、第一泵浦集束器、第一模式剥除器和第一传输光纤之间的参数配合能够输出非线性成分占比少、最大功率大于或等于500W、光束质量M2<1.6的优质种子光，实现了非线性成分少、功率较高、高光束质量的优质种子光的输出，然后通过光纤激光输出装置的其他元件处理实现了输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光的输出。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的设备的可能实现的体系架构、功能和操作。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种末级放大器，其特征在于，所述末级放大器包括第一增益光纤、第一泵浦源、第一泵浦集束器、第一模式剥除器和第一传输光纤，所述第一泵浦源的泵浦功率大于或等于500瓦，所述第一增益光纤和所述第一传输光纤均为长度范围为3米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至20厘米的光纤；
所述第一增益光纤的输入端用于接收种子光，所述第一增益光纤的输出端与所述第一泵浦源的输入端连接，所述第一泵浦源的输出端分别与所述第一模式剥除器的输入端以及所述第一泵浦集束器连接；
所述第一泵浦源用于输出泵浦光，所述第一泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第一增益光纤，以对所述第一增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第一信号光，所述第一模式剥除器用于将接收到的所述第一信号光中的残余泵浦光剥离得到非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500瓦、光束质量M2<1.6的第二信号光，并将所述第二信号光通过所述第一传输光纤输出。
2.根据权利要求1所述的末级放大器，其特征在于，所述第一泵浦集束器的输出功率大于或等于所述第一泵浦源的泵浦功率，信号光损耗率小于百分之十。
3.根据权利要求1所述的末级放大器，其特征在于，所述第一模式剥除器的剥除功率大于或等于100W。
4.根据权利要求1所述的末级放大器，其特征在于，所述第一增益光纤为双包层、三包层或多包层光纤。
5.一种光纤激光输出装置，其特征在于，所述装置包括：种子激光器、隔离器、前级预放大器、如权利要求1-4中任一项所述的末级放大器和主功率放大器，所述种子激光器的功率大于或等于0.1mW，所述隔离器的隔离功率大于或等于0.1mW；
所述种子激光器的输出端与所述隔离器的输入端连接，所述隔离器的输出端与所述前级预放大器的输入端连接，所述前级预放大器的输出端与所述末级放大器的输入端连接，所述末级放大器的输出端与所述主功率放大器的输入端连接；
所述隔离器用于匹配所述种子激光器输出的光纤参数，对所述种子激光器输出的信号光进行返回光隔离，所述前级预放大器用于基于所述种子激光器的输出功率对信号光进行前级或多级预放大，将输出功率大于或等于1W的信号光输出至所述末级放大器，所述末级放大器用于获得非线性成分占比低于预设值、最大功率大于或等于500W、光束质量M2<1.6的种子光并输出至所述主功率放大器，所述主功率放大器用于获得输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述前级预放大器包括第二增益光纤、第二泵浦源、第二泵浦集束器、第二模式剥除器和第二传输光纤，所述第二增益光纤和所述第二传输光纤为长度范围为1米至5米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围3厘米至10厘米的光纤，所述第二泵浦源的泵浦功率大于或等于10W；
所述第二增益光纤的输入端用于接收种子光，所述第二增益光纤的输出端与所述第二泵浦源的输入端连接，所述第二泵浦源的输出端分别与所述第二模式剥除器的输入端以及所述第二泵浦集束器连接；
所述第二泵浦源用于输出泵浦光，所述第二泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第二增益光纤，以对所述第二增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第三信号光，所述第二模式剥除器用于将接收到的所述第三信号光中的残余泵浦光剥离得到输出功率大于或等于1W的第四信号光，并将所述第四信号光通过所述第二传输光纤输出。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二泵浦集束器的输出功率大于或等于所述第二泵浦源的泵浦功率，信号光损耗率小于百分之十。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二模式剥除器的剥除功率大于或等于0.5W。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述主功率放大器包括第三增益光纤、第三泵浦源、第三泵浦集束器、第三模式剥除器和第三传输光纤，所述第三增益光纤和所述第三传输光纤为长度范围为10米至30米、纤芯直径范围为15微米至30微米、盘绕直径范围6厘米至50厘米的光纤，所述第三泵浦源的波长为900纳米至1030纳米，泵浦功率大于或等于4kW：
所述第三增益光纤的输入端接收种子光，所述第三增益光纤的输出端与所述第三泵浦源的输入端连接，所述第三泵浦源的输出端分别与所述第三模式剥除器的输入端以及所述第三泵浦集束器连接；
所述第三泵浦源用于输出泵浦光，所述第三泵浦集束器用于接收所述泵浦光并将所述泵浦光反向输入至所述第三增益光纤，以对所述第三增益光纤中的所述种子光进行功率放大，得到功率放大后的第五信号光，所述第三模式剥除器用于将接收到的所述第五信号光中的残余泵浦光剥离得到输出功率大于或等于4kW、光谱线宽小于或等于0.4纳米、光束质量M2<1.6的稳定窄线宽光纤激光，并将所述稳定窄线宽光纤激光通过所述第三传输光纤输出。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三模式剥除器的剥除功率大于或等于500W。
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