CN111934179A - 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器 - Google Patents
一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111934179A CN111934179A CN202010915928.8A CN202010915928A CN111934179A CN 111934179 A CN111934179 A CN 111934179A CN 202010915928 A CN202010915928 A CN 202010915928A CN 111934179 A CN111934179 A CN 111934179A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- laser
- ytterbium
- pumping
- doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 167
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 71
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 33
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- -1 ytterbium ions Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06716—Fibre compositions or doping with active elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
- H01S3/06733—Fibre having more than one cladding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08013—Resonator comprising a fibre, e.g. for modifying dispersion or repetition rate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
采用本发明的激光器，在采用相同光纤激光器时能够实现比现有的915nm、940nm、976nm等常规泵浦方式更高的光光转换效率，具有更小的量子亏损，本发明的激光器比现有的1018nm泵浦方式更高的SRS阈值。能够实现比现有的常规泵浦方式更高TMI阈值；通过中心波长优化，同时实现比976nm泵浦方式获得更高的TMI阈值、比915nm、940nm、976nm泵浦方式具有更高的SRS阈值，极大地提升当前泵浦方式下的激光输出功率。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光领域，特别涉及一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器。
背景技术
光纤激光器作为新一代激光器的代表，具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好以及热管理方便等优点，近年来在工业制造和科学研究等领域取得了飞速的发展和应用。在光转化的过程中，光纤激光器的增益介质(增益光纤)通过吸收泵浦光实现上能级粒子数反转，并通过受激辐射的方式实现信号激光的输出与放大。吸收和发射的光子之间的能量差决定了光纤激光器的量子亏损，这些损耗的能量转化为热量耗散在光纤中。根据不同增益光纤的掺杂离子特性，不同的增益介质对应了不同的吸收曲线和发射曲线，决定了相应的泵浦光波长和发射激光波长。由于镱离子的特殊性能，掺镱光纤在高功率光纤激光器方面存在较大优势，是当今高功率光纤激光器的首选。随着应用领域的扩展，对掺镱光纤激光器输出功率的要求越来越高。然而，在实际的激光器研制过程中，受激拉曼散射(SRS)效应和横向模式不稳定效应(TMI)效应严重的阻碍了激光器功率的提升。在影响光纤激光器SRS和TMI效应的诸多因素中，泵浦波长是其中较为关键的一个。目前，掺镱光纤激光器主要有两种泵浦方式，一种是基于高亮度的光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦方式，一般采用与掺镱光纤吸收截面峰值匹配的中心波长为976nm LD进行泵浦，或者采用吸收截面较为平坦的中心波长为915nm、940nm LD进行泵浦；另一种泵浦方式是采用更高亮度的光纤激光器作为泵浦源，在该方案中，目前主流的用作泵浦源的光纤激光器的波长为1018nm。考虑到掺镱光纤的吸收特性和实际LD的制作工艺，目前尚缺少其他波段100W以上LD的用于掺镱光纤激光泵浦的报道。
在掺镱光纤激光器中，SRS的阈值与增益光纤长度成反比，增益光纤越长，SRS越强，激光器输出功率越低。在光纤激光器研制过程中，在相同光纤参数情况下，由于掺镱光纤对915nm和940nm波段的吸收系数较低(一般的，光纤在915nm附近的吸收系数为976nm附近的1/3左右，在940nm附近的吸收系数为976nm附近的1/4左右)，使得采用915nm和940nm的LD泵浦光纤激光器时，所需要的增益光纤长度要大于976nm LD泵浦情况，导致光纤激光器SRS阈值较低，影响激光器功率的提升；另一方面，对于采用1018nm光纤激光泵浦的方式，在相同光纤纤芯尺寸下，由于掺镱光纤在1018nm的吸收系数是915nm/976nm波段LD的吸收系数的1/6或1/18左右，所需要的增益光纤长度比915nm和940nm泵浦时更长，SRS阈值也更低。此外，在掺镱光纤激光器中，TMI效应与增益光纤单位长度内的热量成正比，在采用976nm的LD作为掺镱光纤的泵浦源时，由于增益光纤在976nm处的吸收系数是915nm、940nm波段吸收系数的3倍～4倍左右，使得增益光纤单位长度的热负荷较915nm高，导致采用976nm泵浦光纤激光器的TMI阈值比915nm泵浦光纤激光器的TMI阈值低。因此，在目前的泵浦方案中，1018nm级联泵浦、915nm/940nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到SRS效应的限制；976nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到TMI效应的限制，导致光纤激光器功率进一步提升较为困难。
发明内容
考虑到现有泵浦方案存在问题，本发明在掺镱光纤吸收/发射曲线范围内，通过综合考虑了TMI效应、SRS效应的抑制，优选了一种可以平衡TMI效应和SRS效应的泵浦波长，实现光纤激光器功率和效率的进一步提升。
本发明提供了一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器，包括特定波长段光泵浦源(11)、光纤泵浦合束器(12)、高反光纤光栅(13)、掺镱光纤(14)、低反光纤光栅(15)、包层光滤除器(16)、光纤帽(17)，其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；依次连接的高反光纤光栅、掺镱光纤和低反光纤光栅组成谐振腔，低反光纤光栅输出侧依次连接包层光滤除器和光纤帽；掺镱光纤受激输出中心波长1020-1150nm的激光振荡输出；光纤泵浦合束器串联在所述的光栅和掺镱光纤之间；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978nm-1010nm，3dB光谱宽度0.01-50nm的高亮度光源。激光通过高反射光纤光栅和低反射光纤光栅进行波长选择后，输出预定定波长的激光；所述的激光输出经过包层光滤除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。
优选的，所述的光纤光栅的反射谱的中心波长在1020nm—1150nm。
本发明还提供一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器，包括特定波长段光泵浦源(11)、光纤泵浦合束器(12)、包层光滤除器(16)、光纤帽(17)、种子源(18)、模场匹配器(19)；所述的掺镱光纤激光放大器由依次连接的种子源、模场匹配器、光纤泵浦合束器、包层光滤除器、光纤帽构成；(19)种子源输出的激光决定了所述的掺镱光纤激光放大器输出激光的波长，模场匹配器用于种子源与放大器光纤的模场适配；其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；掺镱光纤对种子源的激光输出做功率放大；光纤泵浦合束器串联在所述的掺镱光纤一侧或两侧；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978nm-1010nm，3dB光谱宽度0.01-50nm的高亮度光源，并实现中心波长在1020-1150nm附近激光的放大输出，所述的掺镱光纤激光放大器输出的激光经过包层光滤除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。
优选的，所述种子源的中心波长1060-1090nm，输出功率为10W—1000W。
进一步的，泵浦的结构为前向泵浦、后向泵浦结构或双向泵浦。
进一步的，所述掺镱光纤激光振荡器或掺镱光纤激光放大器的输出激光为连续型激光或脉冲型激光，所述的脉冲激光的脉冲宽度1ns—100fs。
进一步的，所述的泵浦源包括半导体激光器、光纤激光器和固体激光器；所述泵浦源的输出激光为连续激光、准连续激光或脉冲激光。
优选的，所述的半导体激光器包括稳波长半导体激光器和非稳波长的半导体激光器。
进一步的，所述掺镱光纤的结构包括纤芯、内包层和涂覆层；所述的内包层结构包括单包层、双包层或三包层，内包层直径50-2000微米，数值孔径0.12-0.6；所述掺镱光纤的纤芯直径3-1000微米，数值孔径在0.03-0.30之间；所述的包层光剥除器能够将光纤内包层中的残余泵浦光以及内包层中的信号光耦合到包层外；所述的光纤帽通过在光纤的端面上熔接玻璃锥棒，实现输出激光的扩束输出。
采用本发明的激光器，在采用相同光纤参数进行激光器设计时，可以达到以下技术效果：
1.能够实现比现有的915nm、940nm、976nm等常规泵浦方式更高的光光转换效率：本发明的泵浦波长在978-1010nm之间，距离激光发射波段1030-1150nm的距离比915nm、940nm、976nm更近，具有更小的量子亏损，能够实现更高的光光转换效率。
2.能够实现比现有的1018nm泵浦方式更高的SRS阈值：由于掺镱光纤的吸收系数在978-1030nm单调递减，本发明的泵浦波长978-1010nm比1018nm具有更高的吸收系数，激光器所需的光纤长度更短，因此基于该方案设计的光纤激光器具有更高的SRS阈值。
3.能够实现比现有的976nm常规泵浦方式更高TMI阈值：由于掺镱光纤的吸收截面在978-1010nm单调递减，978-1010nm波段的吸收系数小于976nm，能够实现比现有的976nm泵浦方式具有更高的TMI阈值。
4.通过中心波长优化，有望同时实现比976nm泵浦方式获得更高的TMI阈值、比915nm、940nm、976nm泵浦方式具有更高的SRS阈值，极大地提升当前泵浦方式下的激光输出功率。
附图说明
图1掺镱光纤的吸收曲线和典型的泵浦波长位置；
图2本发明优化的泵浦波长范围；
图3相同条件下976nm和990nm泵浦时掺镱光纤纤芯温度特性对比；
图4相同条件下990nm和1018nm泵浦放大器输出光谱对比；
图5一种特殊波长激光双端泵浦的掺镱光纤振荡器示意图；
图6一种特殊波长激光双端泵浦掺镱光纤放大器示意图。
图中标号：
11-泵浦源，12-光纤泵浦合束器，13-高反光纤光栅，14-掺镱光纤，15-低反光纤光栅，16-包层光剥除器，17-光纤端帽，18-种子源，19-模场匹配器。
具体实施方式
在掺镱光纤激光器中，影响激光输出功率最主要的是SRS效应和TMI效应。
其中，SRS效应的阈值为
从(1)式可知，光纤激光器中的SRS阈值与拉曼增益gR、光纤有效模场面积Aeff和有效相互作用长度Leff决定。使用同一款光纤设计激光时，gR和Aeff相同；考虑不同波长泵浦源进行激光器设计时，一般要确保增益光纤对泵浦光的总吸收系数相当，那么由于不同泵浦波长对应的吸收系数不同，使用的增益光纤长度不同，使得有效相互作用长度Leff不同，导致SRS的阈值不同。如果简单利用增益光纤长度作为有效相互作用长度进行估算，得到几种典型泵浦波长的光纤激光器归一化SRS阈值如表1所示。可以看到，采用1018nm泵浦时的SRS阈值最低，采用976nm泵浦时的SRS阈值最高。因此，原则上，为了抑制SRS，应该选择吸收系数较大的波长对应的泵浦源。
表1几种典型泵浦波长对应的所需光纤长度和SRS阈值(同款光纤)
然而，实际激光器功率提升还受限于TMI效应。理论和实验表明，TMI效应与增益光纤内部各个位置的产生的热量成正相关，在光纤纤芯中，热源可以描述为：
这里，Q为热量，N0为掺杂粒子浓度，νp和νs为泵浦光和信号光频率，σap和σep为泵浦光吸收发射截面，nu为上能级粒子数比例，Pp(r,z)为泵浦光功率，Ap为传输泵浦光的内包层面积，αs(r)为信号光吸收损耗系数，Is(r,z)为信号光强。
当前的理论模型中，一般的热量表达式采用式(2)描述。为了考虑与激光器实际设计常用的参数——泵浦包层吸收系数相关联，我们考虑
进行变量代换，得到热量为：
这里，λs和λp为泵浦光和信号光波长，βp(λ)为泵浦光的吸收系数，k0为常数4.34，Γp为泵浦填充因子。该式表明，掺镱光纤激光器中的热量不仅与量子亏损有关，还与泵浦光的包层吸收系数βp(λ)正相关，即与吸收发射截面正相关。因此，要提高TMI阈值，必须降低光纤内热量，另一方面可以降低泵浦吸收系数。而这两方面都与泵浦源的波长选择有关。因此，优选978-1010nm的泵浦源，一方面可以提高量子效率，另一面通过可以降低泵浦吸收系数，能够提高模式不稳定阈值。
以下结合附图1-6对本发明作出详细说明。
图1为掺镱光纤14的吸收曲线与典型的泵浦波长位置，图中显示掺镱光纤14的吸收曲线包括两个吸收峰，分别位于915nm和976nm附近。图中标注了常见的泵浦波长915nm、940nm、976nm和1018nm，其中976nm泵浦能够提供最大的吸收系数，与其他波长相比，所需要的光纤长度最短，理论上能够获得最高的SRS阈值。但是由于热量较为集中，TMI阈值也较低。与之相反，915nm、940nm和1018nm泵浦波长由于吸收系数较小，热分布较为均匀，TMI阈值较高，但是所需的光纤较长，导致SRS阈值较低。
图2为本发明优化的泵浦波长位置。优化波长的位置在978nm-1010nm范围，该波段的泵浦源波长与输出激光的波长更近，能够提供比976nm和915nm泵浦源更高的转换效率，同时由于吸收系数合适，光纤内部的热量分布较976nm泵浦更为均匀，能够提供更高的TMI阈值。
图3为相同条件下976nm和990nm泵浦时掺镱光纤纤芯温度特性对比。990nm属于本发明优化的泵浦波长范围。仿真结果表明，在相同光纤类型、相同泵浦功率以及相同光纤长度的情况下，本发明提供的方案能够实现更低且分布更均匀的温度特性。
图4为相同条件下1018nm和990nm泵浦放大器输出光谱中SRS特性对比。990nm属于本发明优化的泵浦波长范围。仿真结果表明，在相同光纤类型、相同泵浦功率以及相同吸收量等情况下，本发明的方案能够实现比1018nm泵浦方案更低的SRS。
图5为一种基于特殊波长激光泵浦掺镱光纤振荡器的方法，包括泵浦源11、光纤泵浦合束器12、高反光纤光栅13、掺镱光纤14、低反光纤光栅15、包层光滤除器16和光纤端帽17。所述泵浦源11为优选的特殊波长泵浦源，中心波长位于978nm～1100nm，3dB带宽0.01nm-50nm。泵浦源11输出的激光通过光纤泵浦合束器12注入到掺镱光纤14中，高反光纤光栅13、掺镱光纤14和低反光纤光栅15组成谐振腔，高反光栅和低反光栅的中心波长位于1070nm附近。泵浦光在谐振腔内受激辐射放大作用下转换为信号光，高功率光纤激光经过包层光滤除器16后，由光纤端帽扩束17后输出。
图6为一种基于特殊波长激光泵浦掺镱光纤放大器的方法，包括种子源18、模场适配器19、泵浦源11、光纤泵浦合束器12、掺镱光纤14、包层光滤除器16和光纤端帽17。所述种子源18的中心波长位于1070nm附近，输出功率为50W～1000W，所述泵浦源11为优选的特殊波长泵浦源，中心波长位于978nm～1100nm，3dB带宽0.01nm-50nm。种子源18输出的信号激光和泵浦源11输出的激光通过模场适配器19和光纤泵浦合束器12注入到掺镱光纤中。信号激光在经过掺镱光纤14后被放大，放大后的高功率光纤激光经过包层光滤除器16滤除多余的泵浦光和包层中的信号光，最后从光纤端帽17进行输出。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器，包括特定波长段光泵浦源(11)、光纤泵浦合束器(12)、高反光纤光栅(13)、掺镱光纤(14)、低反光纤光栅(15)、包层光滤除器(16)和光纤帽(17)，其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；依次连接的高反光纤光栅、掺镱光纤和低反光纤光栅组成谐振腔，低反光纤光栅输出侧依次连接包层光滤除器和光纤帽；掺镱光纤受激输出中心波长1020-1150nm的激光振荡输出；光纤泵浦合束器串联在所述的光栅和掺镱光纤之间；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978nm-1010nm，3dB光谱宽度0.01-50nm的高亮度光源，激光通过高反射光纤光栅和低反射光纤光栅进行波长选择后，输出预定定波长的激光；所述的激光输出经过包层光滤除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。
2.如权利要求1所述的掺镱光纤激光振荡器，其特征在于：所述的光纤光栅的反射谱的中心波长在1020nm—1150nm。
3.一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器，包括特定波长段光泵浦源(11)、光纤泵浦合束器(12)、包层光滤除器(16)、光纤帽(17)、种子源(18)、模场匹配器(19)；所述的掺镱光纤激光放大器由依次连接的种子源、模场匹配器、光纤泵浦合束器、包层光滤除器、光纤帽构成；(19)种子源输出的激光决定了所述的掺镱光纤激光放大器输出激光的波长，模场匹配器用于种子源与放大器光纤的模场适配；其中所述的泵浦源输出的激光通过光纤泵浦合束器注入到掺镱光纤中；掺镱光纤对种子源的激光输出做功率放大；光纤泵浦合束器串联在所述的掺镱光纤一侧或两侧；其特征在于：泵浦源采用中心波长位于978nm-1010nm，3dB光谱宽度0.01-50nm的高亮度光源，并实现中心波长在1020-1150nm附近激光的放大输出，所述的掺镱光纤激光放大器输出的激光经过包层光滤除器滤除包层光后，由光纤帽扩束输出。
4.如权利要求3所述的光纤激光放大器，其特征在于：所述种子源的中心波长1020-1150nm，输出功率为0.01W—10000W。
5.如权利要求1所述的光纤激光振荡器或权利要求3所述的光纤激光放大器，其特征在于：泵浦的结构为前向泵浦、后向泵浦结构或双向泵浦。
6.如权利要求1所述的光纤激光振荡器或权利要求3所述的光纤激光放大器，其特征在于：所述掺镱光纤激光振荡器或掺镱光纤激光放大器的输出激光为连续型激光或脉冲型激光，所述的脉冲激光的脉冲宽度为：10fs—500ms。
7.如权利要求1所述的光纤激光振荡器或权利要求3所述的光纤激光放大器，其特征在于：所述的泵浦源包括半导体激光器、光纤激光器和固体激光器；所述泵浦源的输出激光为连续激光、准连续激光或脉冲激光。
8.如权利要求6所述的激光振荡器或激光放大器，其特征在于：所述的半导体激光器包括稳波长半导体激光器和非稳波长的半导体激光器。
9.如权利要求1所述的光纤激光振荡器或权利要求3所述的光纤激光放大器，其特征在于：所述掺镱光纤的结构包括纤芯、内包层和涂覆层；所述的内包层结构包括单包层、双包层或三包层，内包层直径50-2000微米，数值孔径0.12-0.6；所述掺镱光纤的纤芯直径3-1000微米，数值孔径在0.03-0.30之间；所述的包层光剥除器能够将光纤内包层中的残余泵浦光以及内包层中的信号光耦合到包层外；所述的光纤帽通过在光纤的端面上熔接玻璃锥棒，实现输出激光的扩束输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010915928.8A CN111934179A (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010915928.8A CN111934179A (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111934179A true CN111934179A (zh) | 2020-11-13 |
Family
ID=73309080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010915928.8A Pending CN111934179A (zh) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111934179A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113097843A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一体化无熔点高效率光纤激光器 |
| CN114300922A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 湖南大科激光有限公司 | 一种提高光纤激光器工作稳定性的方法 |
| WO2022180969A1 (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-01 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060118851A (ko) * | 2005-05-17 | 2006-11-24 | 한국생산기술연구원 | 가시광선 광섬유레이저 |
| WO2010083595A1 (en) * | 2009-01-23 | 2010-07-29 | Coractive High-Tech Inc. | Two-stage brightness converter |
| JP2010262988A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光増幅装置および光伝送システム |
| US20140218788A1 (en) * | 2011-08-18 | 2014-08-07 | Ipg Photonics Corporation | High Power Fiber Pump Source with High Brightness, Low-Noise Output in About 974-1030 nm Wavelength |
| CN104682176A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-06-03 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 级联泵浦镱离子、拉曼混合增益高功率光纤激光放大器 |
| CN106229804A (zh) * | 2016-09-12 | 2016-12-14 | 杨海林 | 一种大功率光纤基单频脉冲激光器 |
| US20170063018A1 (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-02 | Coherent, Inc. | Fiber-laser pumped crystal-laser |
| CN106711748A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-24 | 电子科技大学 | 一种全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统及方法 |
| CN206422379U (zh) * | 2017-01-19 | 2017-08-18 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器 |
| CN107623246A (zh) * | 2016-07-14 | 2018-01-23 | 中国兵器装备研究院 | 纤芯同带泵浦光纤激光器 |
| CN108054624A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-18 | 郭少锋 | 一种具有抗纤芯反射光功能的光纤激光器 |
| US20180366897A1 (en) * | 2018-07-09 | 2018-12-20 | University Of Electronic Science And Technology Of China | Random distributed Rayleigh feedback fiber laser based on double-cladding weakly ytterbium-doped fiber |
| CN212810843U (zh) * | 2020-09-03 | 2021-03-26 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器 |
-
2020
- 2020-09-03 CN CN202010915928.8A patent/CN111934179A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060118851A (ko) * | 2005-05-17 | 2006-11-24 | 한국생산기술연구원 | 가시광선 광섬유레이저 |
| WO2010083595A1 (en) * | 2009-01-23 | 2010-07-29 | Coractive High-Tech Inc. | Two-stage brightness converter |
| JP2010262988A (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光増幅装置および光伝送システム |
| US20140218788A1 (en) * | 2011-08-18 | 2014-08-07 | Ipg Photonics Corporation | High Power Fiber Pump Source with High Brightness, Low-Noise Output in About 974-1030 nm Wavelength |
| CN104682176A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-06-03 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 级联泵浦镱离子、拉曼混合增益高功率光纤激光放大器 |
| US20170063018A1 (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-02 | Coherent, Inc. | Fiber-laser pumped crystal-laser |
| CN107623246A (zh) * | 2016-07-14 | 2018-01-23 | 中国兵器装备研究院 | 纤芯同带泵浦光纤激光器 |
| CN106229804A (zh) * | 2016-09-12 | 2016-12-14 | 杨海林 | 一种大功率光纤基单频脉冲激光器 |
| CN106711748A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-24 | 电子科技大学 | 一种全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统及方法 |
| CN206422379U (zh) * | 2017-01-19 | 2017-08-18 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器 |
| CN108054624A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-18 | 郭少锋 | 一种具有抗纤芯反射光功能的光纤激光器 |
| US20180366897A1 (en) * | 2018-07-09 | 2018-12-20 | University Of Electronic Science And Technology Of China | Random distributed Rayleigh feedback fiber laser based on double-cladding weakly ytterbium-doped fiber |
| CN212810843U (zh) * | 2020-09-03 | 2021-03-26 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器 |
| CN215299772U (zh) * | 2020-09-03 | 2021-12-24 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 谌鸿伟;沈炎龙;陶蒙蒙;栾昆鹏;黄珂;于力;易爱平;冯国斌;: "1150nm波段光纤激光振荡器实验研究", 现代应用物理, no. 04, 26 December 2015 (2015-12-26), pages 254 - 257 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022180969A1 (ja) * | 2021-02-24 | 2022-09-01 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ |
| CN113097843A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-09 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一体化无熔点高效率光纤激光器 |
| CN114300922A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 湖南大科激光有限公司 | 一种提高光纤激光器工作稳定性的方法 |
| CN114300922B (zh) * | 2021-12-31 | 2022-07-15 | 湖南大科激光有限公司 | 一种提高光纤激光器工作稳定性的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN212810843U (zh) | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器 | |
| CN111934179A (zh) | 一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光器 | |
| CN1245787C (zh) | 具有更宽波长覆盖范围的窄带高功率光纤激光器 | |
| CN110429461B (zh) | 一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法 | |
| US10608399B1 (en) | Manufacturing technique of ultra-wideband high gain optical fibers and devices | |
| US8565273B2 (en) | Optical fiber laser | |
| Xiao et al. | Experimental investigation on 1018-nm high-power ytterbium-doped fiber amplifier | |
| CN102931572B (zh) | 短波长间隔泵浦的大功率光纤激光器 | |
| CN113823990B (zh) | 一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器 | |
| CN113851917A (zh) | 采用双向泵浦混合抽运的l-波段高功率掺镱光纤激光器 | |
| CN113097843A (zh) | 一体化无熔点高效率光纤激光器 | |
| Becker et al. | Multi-kW cw fiber oscillator pumped by wavelength stabilized fiber coupled diode lasers | |
| CN113540951A (zh) | 一种基于铋铒共掺光纤的超宽带光源 | |
| KR100406527B1 (ko) | 홀뮴이 첨가된 유리 광섬유 조성물, 유리 광섬유 및광증폭기 | |
| US6556342B1 (en) | Thulium doped fiber pump for pumping Raman amplifiers | |
| Cheng et al. | Study of an unsaturated PbSe QD-doped fiber laser by numerical simulation and experiment | |
| JP6294486B2 (ja) | 超高出力単一モードファイバーレーザーシステム | |
| CN116417882A (zh) | 一种量子亏损分布调控高功率光纤放大装置及方法 | |
| CN108649415B (zh) | 一种掺铥光纤激光放大器 | |
| CN1751421A (zh) | 具有高相对反馈的激光源及其制造方法 | |
| CN112213813A (zh) | 一种超宽带高增益的多芯光纤光源 | |
| CN216085690U (zh) | 一种简易超连续谱光纤谐振腔 | |
| Darwich et al. | Influence of pump properties on the tunability of 1.5 μm low-noise single frequency fiber amplifier | |
| Tang et al. | Short Tm3+-doped fiber lasers with watt-level output near 2 microns | |
| Michalska et al. | High power, 100 W-class, thulium-doped all-fiber lasers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |