CN113161857A - 一种激光放大器及其泵浦光双程吸收系统、方法 - Google Patents

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廖明龙
杨笛
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刘厚康
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李强
姜永亮
宋祥
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Abstract

本发明公开了一种激光放大器及其泵浦光双程吸收系统、方法，其泵浦光双程吸收系统包括：传输泵浦光和信号光的双包层光纤；准直输出由双包层光纤出的泵浦光的第一曲面光纤端帽；信号光高透泵浦光高反镜；耦合信号光的透镜组；传输信号光的第二曲面光纤端帽；以及，输入或输出信号光的光纤；由双包层光纤出的泵浦光经第一曲面光纤端帽准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜反射至第一曲面光纤端帽，原光路返回双包层光纤；双包层光纤、第一曲面光纤端帽、信号光高透泵浦光高反镜、透镜组、第二曲面光纤端帽、光纤依次设置以构成信号光的传输路径。本发明实现SBS和MI双提升，激光效率提升，解决了现有SBS和MI的矛盾关系。

Description

一种激光放大器及其泵浦光双程吸收系统、方法
技术领域
本发明属于光纤放大器技术领域，更具体地，涉及一种激光放大器及其泵浦光双程吸收系统、方法。
背景技术
高功率窄线宽光纤激光功率的提升，主要受到受激布里渊散射(SBS)和模式不稳定(MI)效应的限制，而在抑制SBS和MI的过程中存在一定的矛盾关系，给整体激光功率提升带来困难。
例如，增加增益光纤的纤芯直径可以提升SBS阈值，确容易产生高阶模，不利于抑制MI；例如，抑制SBS需要光纤的长度尽可能短，在保证一定吸收的情况下，就要求光纤对泵浦光的吸收系数尽可能高，但吸收系数高就会降低MI的阈值。类似的这种矛盾之处给窄线宽激光器的研制带来了较大的挑战。因此，怎样解决SBS和MI之间的矛盾是本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种激光放大器及其泵浦光双程吸收系统、方法。
本发明公开了一种光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，包括：
用于传输泵浦光和信号光的双包层光纤；
用于准直输出由所述双包层光纤出的泵浦光的第一曲面光纤端帽；
用于透射信号光、反射泵浦光的信号光高透泵浦光高反镜；所述信号光高透泵浦光高反镜设置于泵浦光的焦面；
用于耦合信号光的透镜组；
用于传输信号光的第二曲面光纤端帽；以及，
用于输入或输出信号光的光纤；
由所述双包层光纤出的泵浦光经所述第一曲面光纤端帽准直输出，并经所述信号光高透泵浦光高反镜反射至所述第一曲面光纤端帽，原光路返回所述双包层光纤；
所述双包层光纤、所述第一曲面光纤端帽、所述信号光高透泵浦光高反镜、所述透镜组、所述第二曲面光纤端帽、所述光纤依次设置以构成信号光的传输路径。
可选地，当信号光由所述双包层光纤输入时，信号光经由所述双包层光纤、所述第一曲面光纤端帽、所述信号光高透泵浦光高反镜、所述透镜组、所述第二曲面光纤端帽、所述光纤，以构成正向泵浦系统。
可选地，当所述信号光由所述光纤输入时，信号光依次经由所述光纤、所述第二曲面光纤端帽、所述透镜组、所述信号光高透泵浦光高反镜、所述第一曲面光纤端帽、所述双包层光纤，以构成反向泵浦系统。
本发明还公开了一种光纤放大器的泵浦光双程吸收方法，其适用于上述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，包括步骤：
由双包层光纤出的泵浦光经第一曲面光纤端帽准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜反射至第一曲面光纤端帽，原光路返回所述双包层光纤；
信号光依次经由双包层光纤、第一曲面光纤端帽、信号光高透泵浦光高反镜、透镜组、第二曲面光纤端帽、光纤。
本发明还公开了一种光纤放大器的泵浦光双程吸收方法，其适用于上述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，包括步骤：
由双包层光纤出的泵浦光经第一曲面光纤端帽准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜反射至第一曲面光纤端帽，原光路返回所述双包层光纤；
信号光依次经由光纤、第二曲面光纤端帽、透镜组、信号光高透泵浦光高反镜、第一曲面光纤端帽、双包层光纤。
本发明还公开了一种光纤放大器，包括：
耦合器、增益光纤以及上述任意一项所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统；
所述耦合器与所述增益光纤耦合连接，所述增益光纤与所述光纤放大器泵浦光双程吸收系统的双包层光纤耦合连接；
泵浦光经由所述耦合器、所述增益光纤输入所述双包层光纤。
可选地，当信号光经由所述耦合器、所述增益光纤输入所述双包层光纤时，所述光纤放大器为正向泵浦光纤放大器。
可选地，当信号光经由所述光纤放大器泵浦光双程吸收系统的光纤输入时，所述光纤放大器为反向泵浦光纤放大器。
可选地，还包括：用于提供泵浦光的泵浦光源，由所述泵浦光源出的泵浦光流向所述耦合器。
可选地，信号光经由光隔离器传输；和/或，信号光经由光滤波器传输。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
第一曲面光纤端帽和信号光高透泵浦光高反镜将双包层光纤中未吸收的泵浦光通过反射和耦合，重新反向注入增益光纤中，实现泵浦光的两次吸收，在光纤吸收不变的情况下，有效减小了增益光纤的长度，在不影响MI的情况下，提升了SBS的阈值，同时使增益光纤中的泵浦光的吸收更为均匀，提升了MI的阈值，从而实现SBS和MI的双提升，使得激光效率提升，很好解决了现有SBS和MI之间的矛盾关系。更优的，本发明成本低，效果好且易于实现。本发明既适用于同向泵浦也适用于反向泵浦，适应范围广且实用性强。
附图说明
图1为本发明的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统的一种实施例结构示意图；
图2为本发明的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统作为反向泵浦系统的一种实施例结构示意图；
图3为本发明的光纤放大器作为反向泵浦光纤放大器的一种实施例结构示意图；
图4为本发明的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统作为正向泵浦系统的一种实施例结构示意图；
图5为本发明的光纤放大器作为正向泵浦光纤放大器的一种实施例结构示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：01-双包层光纤、02-第一曲面光纤端帽、03-信号光高透泵浦光高反镜、04-透镜组、05-第二曲面光纤端帽、06-光纤、07-增益光纤、08-耦合器、09-泵浦光源、1-泵浦光输入方向、2-泵浦光传输路径一、3-泵浦光传输路径二、4-泵浦光传输路径三、5-泵浦光传输路径四、6-信号光输入方向、7-信号光传输路径一、8-信号光传输路径二、9-信号光传输路径三、10-信号光传输路径四、11-信号光传输路径五、1’-泵浦光和信号光输入方向、2’-泵浦光传输路径五、3’-泵浦光传输路径六、4’-泵浦光传输路径七、5’-泵浦光传输路径八、6’-信号光传输路径五、7’-信号光传输路径六、8’-信号光传输路径七、9’-信号光传输路径八、10’-信号光传输路径九。
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，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的实施例一中，如图1所示，一种光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，包括：用于传输泵浦光和信号光的双包层光纤01；用于准直输出由双包层光纤01出的泵浦光的第一曲面光纤端帽02；用于透射信号光、反射泵浦光的信号光高透泵浦光高反镜03；信号光高透泵浦光高反镜03设置于泵浦光的焦面；用于耦合信号光的透镜组04；用于传输信号光的第二曲面光纤端帽05；以及，用于输入或输出信号光的光纤06；由双包层光纤01出的泵浦光经第一曲面光纤端帽02准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜03反射至第一曲面光纤端帽02，原光路返回双包层光纤01；双包层光纤01、第一曲面光纤端帽02、信号光高透泵浦光高反镜03、透镜组04、第二曲面光纤端帽05、光纤06依次设置以构成信号光的传输路径。
在实际应用中，光纤06与双包层光纤01可为同样的型号，也可为不同型号，即光纤06可为双包层光纤01、增益光纤07、非增益光纤07等有源光纤或无源光纤等均可。第一曲面光纤端帽02和第二曲面光纤端帽05可为同一产品或不同产品，即第一曲面光纤端帽02和第二曲面光纤端帽05的尺寸和曲率半径可相同或不同。透镜组04的数量可为一个以上，通过设计透镜组04的参数，保证信号光的耦合效率。双包层光纤01可直接与第一曲面光纤端帽02直接或通过无源光纤与第一曲面光纤端帽02均可。
在本发明的实施例二中，如图2所示，在上述实施例一的基础上，当信号光由光纤06输入时，信号光依次经由光纤06、第二曲面光纤端帽05、透镜组04、信号光高透泵浦光高反镜03、第一曲面光纤端帽02、双包层光纤01，以构成反向泵浦系统。则由增益光纤07出的泵浦光(即增益光纤07未吸收的泵浦光)于双包层光纤01的包层沿泵浦光输入方向1输入至与双包层光纤01连接的第一曲面光纤端帽02，泵浦光于第一曲面光纤端帽02沿泵浦光传输路径一2传输并由第一曲面光纤端帽02的曲面输出，由第一曲面光纤端帽02的曲面输出的泵浦光沿泵浦光传输路径二3传输至信号光高透泵浦光高反镜03后被信号光高透泵浦光高反镜03原路返回，由信号光高透泵浦光高反镜03反射的泵浦光沿泵浦光传输路径三4返回至第一曲面光纤端帽02，并于第一曲面光纤端帽02沿泵浦光传输路径四5返回至双包层光纤01，其中，泵浦光沿泵浦光传输路径二3和泵浦光沿泵浦光传输路径三4重合，泵浦光传输路径一2和泵浦光传输路径四5重合，原路返回的泵浦光在双包层光纤01的传输方向与泵浦光输入方向1相反。与此同时，信号光于光纤06沿信号光输入方向6注入第二曲面光纤端帽05，信号光于第二曲面光纤端帽05沿信号光传输路径一7传输并由第二曲面光纤端帽05的曲面输出，由第二曲面光纤端帽05的曲面出的信号光沿信号光传输路径二8传输至透镜组04，由透镜组04出的信号光沿信号光传输路径三注入信号光高透泵浦光高反镜03，由信号光高透泵浦光高反镜03出的信号光沿信号光传输路径四10注入第一曲面光纤端帽02，信号光于第一曲面光纤端帽02沿信号光传输路径五11传输至双包层光纤01的纤芯，其中，信号光与泵浦光输入方向1相反，且信号光传输路径五11与泵浦光传输路径二3不重合。
在本发明的实施例三中，一种光纤放大器的泵浦光双程吸收方法，其适用于上述任一实施例所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，包括步骤：
由双包层光纤01出的泵浦光经第一曲面光纤端帽02准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜03反射至第一曲面光纤端帽02，原光路返回双包层光纤01；信号光依次经由光纤06、第二曲面光纤端帽05、透镜组04、信号光高透泵浦光高反镜03、第一曲面光纤端帽02、双包层光纤01。
在本发明的实施例四中，如图3所示，一种光纤放大器，包括：耦合器08、增益光纤07以及上述任意一项所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统；耦合器08与增益光纤07耦合连接，增益光纤07与光纤放大器泵浦光双程吸收系统的双包层光纤01耦合连接；泵浦光经由耦合器08、增益光纤07输入双包层光纤01；当信号光经由光纤放大器泵浦光双程吸收系统的光纤06输入时，光纤放大器为反向泵浦光纤放大器。
在本发明的实施例五中，如图3所示，在实施例四的基础上，还包括：用于提供泵浦光的泵浦光源09，由泵浦光源09出的泵浦光流向耦合器08。
在本发明的实施例六中，如图3所示，在实施例四或五的基础上，信号光经由光隔离器传输。可选地，信号光经由光隔离器再依次传输至增益光纤07、耦合器08。可选地，信号光经由光隔离器再传输至光纤06。
在本发明的实施例七中，如图3所示，在实施例四或五的基础上，信号光经由光隔离器再依次传输至增益光纤07、耦合器08。
在本发明的实施例八中，如图3所示，在实施例四或五的基础上，信号光经由光隔离器再传输至光纤06。
在本发明的实施例九中，如图3所示，在上述任一实施例的基础上，信号光经由光滤波器传输。可选地，由增益光纤07出的信号光经光滤波器输出。当设置有光隔离器时，则由增益光纤07出的信号光依次流经光隔离器、光滤波器再输出。
在本发明的实施例十中，如图4所示，在实施例一的基础上，当信号光由双包层光纤01输入时，信号光经由双包层光纤01、第一曲面光纤端帽02、信号光高透泵浦光高反镜03、透镜组04、第二曲面光纤端帽05、光纤06，以构成正向泵浦系统。具体地，则由增益光纤07出的泵浦光(即增益光纤07未吸收的泵浦光)于双包层光纤01的包层沿泵浦光和信号光输入方向1’输入至与双包层光纤01连接的第一曲面光纤端帽02，泵浦光于第一曲面光纤端帽02沿泵浦光传输路径五2’传输并由第一曲面光纤端帽02的曲面输出，由第一曲面光纤端帽02的曲面输出的泵浦光沿泵浦光传输路径六3’传输至信号光高透泵浦光高反镜03后被信号光高透泵浦光高反镜03原路返回，由信号光高透泵浦光高反镜03反射的泵浦光沿泵浦光传输路径七4‘返回至第一曲面光纤端帽02，并于第一曲面光纤端帽02沿泵浦光传输路径八5’返回至双包层光纤01，其中，泵浦光沿泵浦光传输路径六3和泵浦光沿泵浦光传输路径七4‘重合，泵浦光传输路径五2’和泵浦光传输路径八5‘重合，原路返回的泵浦光在双包层光纤01的传输方向与泵浦光和信号光输入方向1’相反。与此同时，信号光于双包层光纤01的纤芯沿泵浦光和信号光输入方向1’注入与双包层光纤01连接的第一曲面光纤端帽02，信号光于第一曲面光纤端帽02沿信号光传输路径五6’传输并由第一曲面光纤端帽02的曲面输出，由第一曲面光纤端帽02的曲面出的信号光沿信号光传输路径六7’传输至信号光高透泵浦光高反镜03，由信号光高透泵浦光高反镜03出的信号光沿信号光传输路径七8’传输至透镜组04，由透镜组04出的信号光沿信号光传输路径八9’耦合至第二曲面光纤端帽05，信号光于第二曲面光纤端帽05沿信号光传输路径九10’注入光纤06。其中，信号光传输路径五6’与泵浦光传输路径五2’不重合。
在本发明的实施例十一中，一种光纤放大器的泵浦光双程吸收方法，其适用于上述实施例一或十所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，包括步骤：
由双包层光纤01出的泵浦光经第一曲面光纤端帽02准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜03反射至第一曲面光纤端帽02，原光路返回双包层光纤01；信号光依次经由双包层光纤01、第一曲面光纤端帽02、信号光高透泵浦光高反镜03、透镜组04、第二曲面光纤端帽05、光纤06。
在本发明的实施例十二中，如图5所示，一种光纤放大器，包括：耦合器08、增益光纤07以及上述任意一项的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统；耦合器08与增益光纤07耦合连接，增益光纤07与光纤放大器泵浦光双程吸收系统的双包层光纤01耦合连接；泵浦光经由耦合器08、增益光纤07输入双包层光纤01；当信号光经由耦合器08、增益光纤07输入双包层光纤01时，光纤放大器为正向泵浦光纤放大器。
在本发明的实施例十三中，如图5所示，在实施例十二的基础上，还包括：用于提供泵浦光的泵浦光源09，由泵浦光源09出的泵浦光流向耦合器08。
在本发明的实施例十四中，如图5所示，在实施例十二或十三的基础上，信号光经由光隔离器传输。可选地，信号光经由光隔离器再依次传输至耦合器08、增益光纤07。可选地，信号光经由光隔离器再传输至光纤06。在本发明的另一实施例中，信号光经光隔离器传输至增益光纤07。
在本发明的实施例十五中，如图5所示，在实施例十二或十三的基础上，信号光经由光隔离器再依次传输至耦合器08、增益光纤07。
在本发明的实施例十六中，如图5所示，在实施例十二或十三的基础上，信号光经由光隔离器再传输至光纤06。
在本发明的实施例十七中，如图5所示，在上述任一实施例的基础上，信号光经由光滤波器传输。可选地，由光纤06出的信号光经光滤波器输出。当设置有光隔离器时，则由光纤06出的信号光依次流经光隔离器、光滤波器再输出。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，其特征在于，包括：
用于传输泵浦光和信号光的双包层光纤；
用于准直输出由所述双包层光纤出的泵浦光的第一曲面光纤端帽；
用于透射信号光、反射泵浦光的信号光高透泵浦光高反镜；所述信号光高透泵浦光高反镜设置于泵浦光的焦面；
用于耦合信号光的透镜组；
用于传输信号光的第二曲面光纤端帽；以及，
用于输入或输出信号光的光纤；
由所述双包层光纤出的泵浦光经所述第一曲面光纤端帽准直输出，并经所述信号光高透泵浦光高反镜反射至所述第一曲面光纤端帽，原光路返回所述双包层光纤；
所述双包层光纤、所述第一曲面光纤端帽、所述信号光高透泵浦光高反镜、所述透镜组、所述第二曲面光纤端帽、所述光纤依次设置以构成信号光的传输路径。
2.如权利要求1所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，其特征在于：
当信号光由所述双包层光纤输入时，信号光经由所述双包层光纤、所述第一曲面光纤端帽、所述信号光高透泵浦光高反镜、所述透镜组、所述第二曲面光纤端帽、所述光纤，以构成正向泵浦系统。
3.如权利要求1所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，其特征在于：
当所述信号光由所述光纤输入时，信号光依次经由所述光纤、所述第二曲面光纤端帽、所述透镜组、所述信号光高透泵浦光高反镜、所述第一曲面光纤端帽、所述双包层光纤，以构成反向泵浦系统。
4.一种光纤放大器的泵浦光双程吸收方法，其适用于如权利要求1或2所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，其特征在于，包括步骤：
由双包层光纤出的泵浦光经第一曲面光纤端帽准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜反射至第一曲面光纤端帽，原光路返回所述双包层光纤；
信号光依次经由双包层光纤、第一曲面光纤端帽、信号光高透泵浦光高反镜、透镜组、第二曲面光纤端帽、光纤。
5.一种光纤放大器的泵浦光双程吸收方法，其适用于如权利要求1或3所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统，其特征在于，包括步骤：
由双包层光纤出的泵浦光经第一曲面光纤端帽准直输出，并经信号光高透泵浦光高反镜反射至第一曲面光纤端帽，原光路返回所述双包层光纤；
信号光依次经由光纤、第二曲面光纤端帽、透镜组、信号光高透泵浦光高反镜、第一曲面光纤端帽、双包层光纤。
6.一种光纤放大器，其特征在于，包括：
耦合器、增益光纤以及如权利要求1-3任意一项所述的光纤放大器的泵浦光双程吸收系统；
所述耦合器与所述增益光纤耦合连接，所述增益光纤与所述光纤放大器泵浦光双程吸收系统的双包层光纤耦合连接；
泵浦光经由所述耦合器、所述增益光纤输入所述双包层光纤。
7.如权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于：
当信号光经由所述耦合器、所述增益光纤输入所述双包层光纤时，所述光纤放大器为正向泵浦光纤放大器。
8.如权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于：
当信号光经由所述光纤放大器泵浦光双程吸收系统的光纤输入时，所述光纤放大器为反向泵浦光纤放大器。
9.如权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：
用于提供泵浦光的泵浦光源，由所述泵浦光源出的泵浦光流向所述耦合器。
10.如权利要求6-9任意一项所述的光纤放大器，其特征在于：
信号光经由光隔离器传输；和/或，
信号光经由光滤波器传输。
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