CN112542759A - 一种多波长泵浦光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高功率光纤激光器技术领域，提供了一种多波长泵浦光纤激光器，该多波长泵浦光纤激光器包括：信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤；所述第一光纤耦合器设有对应所述信号源和所述第一泵浦源数量的端口，所述信号源和各所述第一泵浦源均通过所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤连接。本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，根据增益光纤掺杂粒子的吸收谱线来选择泵浦源，利用同一光纤耦合器将多波长泵浦源连接，使多波长泵浦源由光纤耦合器耦合后进入增益光纤，通过增益光纤的能级转换获得长波长激光输出，提高增益光纤的利用率，提升光光转换效率，降低高功率光纤激光器的制造难度。

Description

一种多波长泵浦光纤激光器
技术领域
本发明涉及高功率光纤激光器技术领域，尤其涉及一种多波长泵浦光纤激光器。
背景技术
光纤激光器与其他类型激光器相比，其使用光导纤维传输高功率激光，具有转换效率高、体积小、光束质量好等优势。光纤激光器使用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质，短波长泵浦光注入增益介质中通过稀土元素的能级跃迁，转换为长波长激光输出。其注入泵浦波长的选择与掺杂元素的吸收谱线有关，通常选择吸收谱线中高吸收强度所对应的泵浦波长，并保留较宽吸收范围制定泵浦源波长标准。
在激光器的制作过程中，通常选择单一波长作为激光泵浦源，泵浦光注入增益光纤中，通过增益光纤中增益介质的能级跃迁，产生长波长激光。该方法使得增益介质对泵浦光的吸收集中在同一个吸收峰附近，增益光纤的增益区间相对集中，会使得激光器光纤综合利用率差，光纤中热量过于集中和增益饱和，导致高功率光纤激光器制造难点增大。
发明内容
本发明实施例提供多波长泵浦光纤激光器，用以解决上述问题，提升激光器的综合利用率，提升光光转换效率，降低高功率光纤激光器的制造难度。
本发明实施例提供的多波长泵浦光纤激光器，包括：
信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤；
所述第一光纤耦合器设有对应所述信号源和所述第一泵浦源数量的端口，所述信号源和各所述第一泵浦源均通过所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤连接；各所述第一泵浦源均对应所述第一增益光纤的吸收谱线。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅和低反光栅；
所述高反光栅连接在所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤之间，所述低反光栅与所述第一增益光纤的输出端连接。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；所述输出光缆与所述低反光栅连接。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：第二光纤耦合器和多波长第二泵浦源；
所述第二光纤耦合器设有对应所述信号源和所述第二泵浦源数量的端口，所述第二泵浦源通过所述第二光纤耦合器与所述第一增益光纤连接。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅和低反光栅；
所述高反光栅连接在所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤之间，所述低反光栅连接在所述第一增益光纤与所述第二光纤耦合器之间。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，各所述第一泵浦源和各所述第二泵浦源中存在若干组波长不相同的泵浦源。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；所述输出光缆与所述第二光纤耦合器的输出端连接。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：第二增益光纤；
所述第二增益光纤连接在所述低反光栅与所述第二光纤耦合器之间；各所述第二泵浦源均对应所述第二增益光纤的吸收谱线。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述第一增益光纤和所述第二增益光纤均为稀土掺杂的增益光纤。
根据本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，所述第一增益光纤与所述第二增益光纤的波长吸收率不同。
本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，设有信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤，第一光纤耦合器设有对应信号源和第一泵浦源数量的端口，将信号源和各第一泵浦源均通过第一光纤耦合器与第一增益光纤连接。根据增益光纤掺杂粒子的吸收谱线来选择泵浦源，利用同一光纤耦合器将多个泵浦源连接，使多波长泵浦源由光纤耦合器耦合后进入增益光纤，通过增益光纤的能级转换获得长波长激光输出，提高增益光纤的利用率，提升光光转换效率，降低高功率光纤激光器的制造难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是单向泵浦方式的多波长泵浦光纤激光器的结构示意图；
图2是双向泵浦方式的多波长泵浦光纤激光器的结构示意图；
图3是多增益光纤的多波长泵浦光纤激光器的结构示意图；
图中，1、第一泵浦源；2、第一光纤耦合器；3、高反光栅；4、第一增益光纤；5、低反光栅；6、第二光纤耦合器；7、第二增益光纤；8、第二泵浦源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，该多波长泵浦光纤激光器包括：信号源(图未示)、多波长第一泵浦源1、第一光纤耦合器2和第一增益光纤4，构成单腔光纤激光器。第一光纤耦合器2设有对应信号源和第一泵浦源1数量的端口，信号源和各第一泵浦源1均通过第一光纤耦合器2与第一增益光纤4连接。
为提高增益光纤的利用率，需要根据第一增益光纤4掺杂粒子的吸收谱线，在第一增益光纤4具有较高吸收强度对应的两个或多个波长区间，选择对应波长区间的第一泵浦源1，即各第一泵浦源1均对应第一增益光纤的吸收谱线。多波长第一泵浦源1由光纤耦合器耦合后进入第一增益光纤4。
其中，多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅3和低反光栅5。高反光栅3连接在第一光纤耦合器2与第一增益光纤4之间，低反光栅5与第一增益光纤4的输出端连接。此外，该多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；输出光缆与低反光栅5连接。
本实施例采用单向泵浦方式，假设第一泵浦源1的数量为N(N为大于2的自然数)。则第一光纤耦合器2设有N+1个端口，第一光纤耦合器2的其中一路与信号源熔接，用于接收信号源传输的信号光。第一光纤耦合器2的另外N路与第一泵浦源1熔接，用于接收第一泵浦源1的泵浦光。第一泵浦源1产生的泵浦光和信号源的发出的信号光进入第一光纤耦合器2，第一光纤耦合器2产生的激光通过高反光栅3进入第一增益光纤4，受激辐射完成能量的转换，产生的激光最后通过低反光栅5进入输出光缆输出。
本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，设有信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤，第一光纤耦合器设有对应信号源和第一泵浦源数量的端口，将信号源和各第一泵浦源均通过第一光纤耦合器与第一增益光纤连接。根据增益光纤掺杂粒子的吸收谱线来选择泵浦源，利用同一光纤耦合器将多个泵浦源连接，使多波长泵浦源由光纤耦合器耦合后进入增益光纤，通过增益光纤的能级转换获得长波长激光输出，提高增益光纤的利用率，提升光光转换效率，降低高功率光纤激光器的制造难度。
下面结合图2描述本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，该多波长泵浦光纤激光器包括：信号源(图未示)、多波长第一泵浦源1、第一光纤耦合器2、第一增益光纤4、第二光纤耦合器6和多波长第二泵浦源8。第一光纤耦合器2设有对应信号源和第一泵浦源1数量的端口，信号源和各第一泵浦源1均通过第一光纤耦合器2与第一增益光纤4连接。第二光纤耦合器6设有对应信号源和第二泵浦源8数量的端口，第二泵浦源8通过第二光纤耦合器6与第一增益光纤4连接。
第一光纤耦合器2和第二光纤耦合器6中对应端口相等，同时第一光纤耦合器2对应信号源的端口与第二光纤耦合器6对应信号源的端口参数不同。
其中，多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅3和低反光栅5。高反光栅3连接在第一光纤耦合器2与第一增益光纤4之间，低反光栅5连接在第一增益光纤4与第二光纤耦合器6之间。多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；输出光缆与第二光纤耦合器6的输出端连接。
本实施例采用双向泵浦方式，假设各第一泵浦源1和各第二泵浦源8中存在若干组波长不相同的泵浦源。第一泵浦源1的数量为N(N为大于2的自然数)，第二泵浦源8的数量为M(M为大于2的自然数)，其中包括波长为λ1的泵浦源X个，波长为λ2的泵浦源Y个，波长为λ3的泵浦源Z个，X+Y+Z≤N或M，同时λ1≠λ2≠λ3。则第一光纤耦合器2设有N+1个端口，第一光纤耦合器2的其中一路与信号源熔接，用于接收信号源传输的信号光。第一光纤耦合器2的另外N路与第一泵浦源1熔接，用于接收第一泵浦源1的泵浦光。第一泵浦源1产生的泵浦光和信号源的发出的信号光进入第一光纤耦合器2，第一光纤耦合器2产生的激光通过高反光栅3进入第一增益光纤4。第二光纤耦合器6设有M+1个端口，第二光纤耦合器6的其中一路与高反光栅3熔接，用于高反光栅3传输的信号光。第二光纤耦合器6的另外M路与第二泵浦源8熔接，用于接收第二泵浦源8的泵浦光。即第一泵浦源1从正向注入泵浦光，第二泵浦源8从反向注入泵浦光，形成双向泵浦方式。两股泵浦光在第一增益光纤4受激辐射，完成能量的转换，使外部输入的信号光得到放大。产生的激光最后通过低反光栅5和第二光纤耦合器6进入输出光缆输出。
本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，设有信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤，第一光纤耦合器设有对应信号源和第一泵浦源数量的端口，将信号源和各第一泵浦源均通过第一光纤耦合器与第一增益光纤连接。根据增益光纤掺杂粒子的吸收谱线来选择泵浦源，利用同一光纤耦合器将多个泵浦源连接，使多波长泵浦源由光纤耦合器耦合后进入增益光纤，通过增益光纤的能级转换获得长波长激光输出，提高增益光纤的利用率，提升光光转换效率，降低高功率光纤激光器的制造难度。
此外，区别与上述实施例，本发明提供的多波长泵浦光纤激光器采用双向泵浦方式，使泵浦光在光纤中均匀分布，增加了输出功率。
下面结合图3描述本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，该多波长泵浦光纤激光器包括：信号源(图未示)、多波长第一泵浦源1、第一光纤耦合器2、第一增益光纤4、第二增益光纤7、第二光纤耦合器6和多波长第二泵浦源8，构成主振荡功率放大器结构线形腔光纤激光器。第一光纤耦合器2设有对应信号源和第一泵浦源1数量的端口，信号源和各第一泵浦源1均通过第一光纤耦合器2与第一增益光纤4连接。第二光纤耦合器6设有对应信号源和第二泵浦源8数量的端口，第二泵浦源8通过第二光纤耦合器6与第一增益光纤4连接。
其中，第二增益光纤7连接在低反光栅5与第二光纤耦合器6之间；各第二泵浦源8均对应第二增益光纤7的吸收谱线。第一增益光纤4和第二增益光纤7均为稀土掺杂的增益光纤。第一增益光纤4与第二增益光纤7的波长吸收率不同。
本实施例中，多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅3和低反光栅5。高反光栅3连接在第一光纤耦合器2与第一增益光纤4之间，低反光栅5连接在第一增益光纤4与第二光纤耦合器6之间。多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；输出光缆与第二光纤耦合器6的输出端连接。
本实施例采用双向泵浦方式，第一泵浦源1的数量为N(N为大于2的自然数)，则第一光纤耦合器2设有N+1个端口，第一光纤耦合器2的其中一路与信号源熔接，用于接收信号源传输的信号光。第一光纤耦合器2的另外N路与第一泵浦源1熔接，用于接收第一泵浦源1的泵浦光。第一泵浦源1产生的泵浦光和信号源的发出的信号光进入第一光纤耦合器2，第一光纤耦合器2产生的激光通过高反光栅3进入第一增益光纤4，再通过低反光栅5进入第二增益光纤7。同时，由于第二光纤耦合器6设有M+1个端口，第二光纤耦合器6的其中一路与高反光栅3熔接，用于高反光栅3传输的信号光。第二光纤耦合器6的另外M路与第二泵浦源8熔接，用于接收第二泵浦源8的泵浦光。即第一泵浦源1从正向注入泵浦光，第二泵浦源8从反向注入泵浦光，形成双向泵浦方式。两股泵浦光在第一增益光纤4和第二增益光纤7受激辐射，完成能量的转换，使外部输入的信号光得到放大。产生的激光最后通过第二光纤耦合器6进入输出光缆输出。
本发明提供的多波长泵浦光纤激光器，设有信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤，第一光纤耦合器设有对应信号源和第一泵浦源数量的端口，将信号源和各第一泵浦源均通过第一光纤耦合器与第一增益光纤连接。根据增益光纤掺杂粒子的吸收谱线来选择泵浦源，利用同一光纤耦合器将多个泵浦源连接，使多波长泵浦源由光纤耦合器耦合后进入增益光纤，通过增益光纤的能级转换获得长波长激光输出，提高增益光纤的利用率，提升光光转换效率，降低高功率光纤激光器的制造难度。
此外，本实施例采用了多个增益光纤的方式，增益光纤中泵浦源的多种波长吸收效率存在不一致的情况，相比于单一波长的泵浦方式高吸收的情况，起到了平均吸收效率的作用，控制了纤芯温度，升高了模式不稳定的阈值；相比于单一的的泵浦方式低吸收的情况，起到了减少光纤长度，提升了功率等级，升高了非线性效应的阈值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，包括：
信号源、多波长第一泵浦源、第一光纤耦合器和第一增益光纤；
所述第一光纤耦合器设有对应所述信号源和所述第一泵浦源数量的端口，所述信号源和各所述第一泵浦源均通过所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤连接；各所述第一泵浦源均对应所述第一增益光纤的吸收谱线。
2.根据权利要求1所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅和低反光栅；
所述高反光栅连接在所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤之间，所述低反光栅与所述第一增益光纤的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；所述输出光缆与所述低反光栅连接。
4.根据权利要求1所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：第二光纤耦合器和多波长第二泵浦源；
所述第二光纤耦合器设有对应所述信号源和所述第二泵浦源数量的端口，所述第二泵浦源通过所述第二光纤耦合器与所述第一增益光纤连接。
5.根据权利要求4所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：高反光栅和低反光栅；
所述高反光栅连接在所述第一光纤耦合器与所述第一增益光纤之间，所述低反光栅连接在所述第一增益光纤与所述第二光纤耦合器之间。
6.根据权利要求4所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，各所述第一泵浦源和各所述第二泵浦源中存在若干组波长不相同的泵浦源。
7.根据权利要求4所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：输出光缆；所述输出光缆与所述第二光纤耦合器的输出端连接。
8.根据权利要求5所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述多波长泵浦光纤激光器还包括：第二增益光纤；
所述第二增益光纤连接在所述低反光栅与所述第二光纤耦合器之间；各所述第二泵浦源均对应所述第二增益光纤的吸收谱线。
9.根据权利要求8所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤和所述第二增益光纤均为稀土掺杂的增益光纤。
10.根据权利要求8所述的多波长泵浦光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤与所述第二增益光纤的波长吸收率不同。
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