CN112018587B - 一种抑制sbs实现高功率单频光纤激光输出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的系统及方法，系统为：基于主振荡器功率放大器(MOPA)结构的全光纤激光系统；该系统由种子光纤和主放大器组成；种子激光器通过模场适配器耦合到主放大级，主放大器级由合束器、半导体激光器、Nufern PLMA‑YDF‑25/400、包层功率剥离器(CPS)和输出石英块保持器(QBH)组成。方法包含以下步骤：1、对泵浦光进行筛选，2、对泵浦光进行光束整形提高光束质量，3、合束器进行选择，4、改变信号光大小与泵浦光测试功率大小；本发明通过提高上能级与下能级转移速率以提高输出光功率，为提高泵浦光的使用率，对泵浦光光束进行整形提高其光束质量进一步增加泵浦光吸收。

Description

一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法
【技术领域】
本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及到一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的系统及方法。
【背景技术】
单频光纤激光器具有结构简单、体积小、重量轻、散热性好、环境影响小、免维护等优点。在很多应用领域，通常要求单频光纤激光具有大功率或高能量输出，如非线形频率转换、相干合束、激光雷达等。甚至，一些更为特殊的应用领域，对输出激光的工作波长、偏振态、线宽、光束质量、运转状态等性能指标也提出了一定的要求。然而，基于单一振荡器(或谐振腔) 形式的单频光纤激光器，虽然可以实现稳定地单一纵模(单频)激光运转，但是一般都使用单模纤芯泵浦方式，强烈受制于单模泵浦源可提供的低泵浦功率和腔内热效应等因素，其输出功率被限制在百毫瓦量级水平。从上述的分析可知，依赖单一振荡器或谐振腔直接输出大功率单频光纤激光存在困难。为了获得大功率单频光纤激光输出，可以将小功率单频激光器作为种子源，使用主振荡功率放大(master oscillator power amplifier，MOPA)技术方案进行单频激光的功率放大。在大功率MOPA单频激光器中，由于双包层光纤相对有限的纤芯尺寸、较长的作用长度以及线宽较窄，容易受到非线形效应的影响。对于连续单频光纤激光器而言，存在的主要非线形效应有受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)和光克尔效应等。
窄线宽MOPA单频激光输出功率还是主要受限于SBS效应，当前进一步提升MOPA单频激光输出功率的关键问题就是如何抑制SBS效应。提高 SBS阈值的方式主要有：①增大双包层光纤的模场面积(大芯径)以降低信号激光的功率密度，即使用短长度(典型：1～3m)大模场面积光纤；②在沿双包层光纤轴向施加温度或应力分布等，以降低SBS的有效增益系数；③使用窄线宽或多波长种子源，信号功率分布在多个频率成分上，使得每个频率成分的谱功率密度降低；④使用特殊结构的光纤来抑制SBS。
抑制SBS最有效方式使用短长度大芯径的高掺杂Yb3+增益光纤，但大芯径影响激光器光束质量指标，同时高惨杂增益光纤市场难以购买。为解决上述问题，本发明在不增加芯径与惨杂浓度采用(6+1)×1合数器增大泵浦光耦合进增益光纤以提高Yb3+上能级转化率，同时提高注入信号光功率增加上能级粒子转移至下能级。通过提高上能级与下能级转移速率以提高输出光功率。为提高泵浦光的使用率，对泵浦光光束进行整形提高其光束质量进一步增加泵浦光吸收。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明提出了一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的系统及方法。
本发明的技术方案如下：
一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法：
所述抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的系统为基于主振荡器功率放大器(MOPA)结构的全光纤激光系统；该系统由种子光纤和主放大器组成；种子激光器通过模场适配器耦合到主放大级；
所述主放大器级由(6+1)×1合束器、6个半导体激光器、Nufern PLMA-YDF-25/400、包层功率剥离器(CPS)和输出石英块保持器(QBH) 组成；
所述抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法包括如下步骤：
步骤1：对泵浦光进行筛选：
采用光束质量分析仪对半导体激光器产生的泵浦光进行测试，选取数值孔径(NA)<1.8的泵浦光使用；
步骤2：对泵浦光进行光束整形提高光束质量：
将步骤1中选取的泵浦光光纤走势设计为漏斗形状，得到数值孔径(NA) <1.4泵浦光；
步骤3：合束器进行选择：
将信号光与泵浦光通入合束器进行测试：泵浦光和信号光耦合效率均高于95％，且测试其光斑是否正常：信号光光斑椭圆度高于98％，同时将6个泵浦模块接入合束器测试其能量分布(高斯分布)是否集中于中心位置；
步骤4：改变信号光大小与泵浦光测试功率大小：信号光与最终输出高功率单频光纤激光比例为1:400，泵浦光与最终输出高功率单频光纤激光比例为 2:1，Nufern PLMA-YDF-25/400按照上述比例调节大小，得到高功率单频激光。
本发明在不增加芯径与惨杂浓度采用(6+1)×1合数器增大泵浦光耦合进增益光纤以提高Yb3+上能级转化率，通过提高上能级(粒子对泵浦光的吸收)与下能级(激光输出)转移速率提高输出功率，再不改变增益光纤参数是提高激光器输出功率(通过提高上能级(粒子对泵浦光的吸收)与下能级 (激光输出)转移速率提高输出功率)为提高泵浦光的使用率，对泵浦光光束进行整形提高其光束质量进一步增加泵浦光吸收。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法：
所述抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的系统为基于主振荡器功率放大器(MOPA)结构的全光纤激光系统；该系统由种子光纤和主放大器组成；种子激光器通过模场适配器耦合到主放大级；
所述主放大器级由(6+1)×1合束器、6个半导体激光器、Nufern PLMA-YDF-25/400、包层功率剥离器(CPS)和输出石英块保持器(QBH) 组成；
所述抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法包括如下步骤：
步骤1：对泵浦光进行筛选：
采用光束质量分析仪对半导体激光器产生的泵浦光进行测试，选取数值孔径(NA)<1.8的泵浦光使用；
步骤2：对泵浦光进行光束整形提高光束质量：
将步骤1中选取的泵浦光光纤走势设计为漏斗形状，得到数值孔径(NA) <1.4泵浦光；
步骤3：合束器进行选择：
将信号光与泵浦光通入合束器进行测试：泵浦光和信号光耦合效率均高于95％，且测试其光斑是否正常：信号光光斑椭圆度高于98％，同时将6个泵浦模块接入合束器测试其能量分布(高斯分布)是否集中于中心位置；
步骤4：改变信号光大小与泵浦光测试功率大小：信号光与最终输出高功率单频光纤激光比例为1:400，泵浦光与最终输出高功率单频光纤激光比例为 2:1，Nufern PLMA-YDF-25/400按照上述比例调节大小，得到高功率单频激光。
在980nm处，25/400有源光纤的泵浦吸收系数为0.6db/m，并对增益光纤的长度进行了优化，以保证有效的泵浦吸收和非线性效应抑制。
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 (1)

1.一种抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法，其特征在于，
所述抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的系统为基于主振荡器功率放大器(MOPA)结构的全光纤激光系统；该系统由种子光纤和主放大器组成；种子激光器通过模场适配器耦合到主放大级；
所述主放大器级由(6+1)×1合束器、6个半导体激光器、Nufern PLMA-YDF-25/400、包层功率剥离器(CPS)和输出石英块保持器(QBH)组成；
在980nm处，25/400有源光纤的泵浦吸收系数为0.6db/m；
所述抑制SBS实现高功率单频光纤激光输出的方法包括如下步骤：
步骤1：对泵浦光进行筛选：
采用光束质量分析仪对半导体激光器产生的泵浦光进行测试，选取数值孔径(NA)<1.8的泵浦光使用；
步骤2：对泵浦光进行光束整形提高光束质量：
将步骤1中选取的泵浦光光纤走势设计为漏斗形状，得到数值孔径(NA)<1.4泵浦光；
步骤3：合束器进行选择：
将信号光与泵浦光通入合束器进行测试：泵浦光和信号光耦合效率均高于95％，且测试其光斑是否正常：信号光光斑椭圆度高于98％，同时将6个泵浦模块接入合束器测试其能量分布，即高斯分布是否集中于中心位置；
步骤4：改变信号光大小与泵浦光测试功率大小：信号光与最终输出高功率单频光纤激光比例为1:400，泵浦光与最终输出高功率单频光纤激光比例为2:1，Nufern PLMA-YDF-25/400按照上述比例调节大小，得到高功率单频激光。
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