CN114976833A - 一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，包括泵浦源、信号激光模块、增益单元，泵浦源输出为铒波段的激光，辐射波长范围为1530‑1620nm，信号激光模块输出激光的波段为掺铥‑拉曼两种增益的交叉带1650‑1800nm，本申请实施例中，采用上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，泵浦源输出的泵浦激光波段为1530‑1620nm，位于掺铥光纤的吸收带内，信号激光模块输出的信号激光波段为1650‑1800nm，位于掺铥‑拉曼两种增益的交叉带内，通过掺铥与拉曼的混合增益，使得信号激光的输出功率和泵浦‑‑信号转换效率均得到提升，在掺铥与拉曼的双重增益下，大部分的泵浦激光转换为信号激光，能够满足1.7微米波段信号激光更高的功率要求。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器。
背景技术
掺铥光纤的增益带宽非常广，增益范围可以从1.7微米一直到2微米，2微米波段光纤激光器已经实现了百瓦量级的连续光输出，然而在1.7微米波段，成熟的光纤激光器输出限制数十瓦量级。无论是科研应用还是工业需求，都越发对这个波段有着更高功率需求。
这个波段难以实现高功率主要是由于其增益特性，由于此波段增益太弱，导致泵浦激光到信号激光的转换效率太低；另一方面如果过长的光纤提供足够的增益，则会由于1.7微米波段被增益光纤重吸收而转化为自发辐射，影响输出光谱质量，输出功率也很难提升。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。
本申请提供了一种能够实现双重增益、提升激光输出功率的掺铥拉曼混合增益光纤激光器，包括：
泵浦源，与增益单元连接，用于输出泵浦激光；
所述增益单元，用于接收所述泵浦激光，并通过所述泵浦激光引发增益机制；
信号激光模块，与所述增益单元连接且与所述泵浦源耦合，用以向所述增益单元输入信号激光；
其中，所述泵浦激光的波段为1530-1620nm，所述信号激光的波段为1650-1800nm。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述增益单元包括第一增益光纤以及与所述第一增益光纤连接的第二增益光纤；
其中，所述第一增益光纤为掺铥光纤，所述第二增益光纤为拉曼光纤且长度≥0m。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，还包括：
泵浦-信号光合束器，用于将所述泵浦激光和所述信号激光耦合在一起；
泵浦光滤除器，用于将所述泵浦激光和所述信号激光分开。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述信号激光模块包括：
信号光源，用以输出波段为1650-1800nm的所述信号激光；
光纤隔离器，用于接收所述信号激光并将所述信号激光输出至所述增益单元，且避免所述信号光源受来自反射的反向光影响。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述泵浦源、光纤隔离器输出端分别与所述泵浦-信号光合束器输入端连接，所述泵浦-信号光合束器输出端依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤输出端连接所述泵浦光滤除器。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述光纤隔离器输出端与所述泵浦光滤除器连接，所述泵浦光滤除器依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤连接所述泵浦-信号合束器，所述泵浦-信号合束器与所述泵浦源连接。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述信号激光模块包括高反光栅以及低反光栅，所述高反光栅和所述低反光栅分别连接所述增益单元的两端且用于提供所述信号激光的反馈；
其中，所述高反光栅、低反光栅的反射的中心波长为1650-1800nm。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述泵浦源、高反光栅分别与所述泵浦-信号光合束器输入端连接，泵浦-信号光合束器输出端依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤连接所述低反光栅，所述低反光栅连接所述泵浦光滤除器。
进一步限定，上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其中，所述高反光栅与所述泵浦光滤除器连接，所述泵浦光滤除器依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤连接所述低反光栅，所述低反光栅连接所述泵浦-信号光合束器，所述泵浦-信号合束器与所述泵浦源连接。
本发明具备以下有益效果：
泵浦源输出的泵浦激光波段为1530-1620nm，位于掺铥光纤的吸收带内，信号激光模块输出的信号激光波段为1650-1800nm，位于掺铥-拉曼两种增益的交叉带内，通过掺铥与拉曼的混合增益，使得信号激光的输出功率和泵浦--信号转换效率均得到提升，在掺铥与拉曼的双重增益下，大部分的泵浦激光转换为信号激光，能够满足1.7微米波段信号激光更高的功率要求。
附图说明
图1为本申请实施例2中掺铥拉曼混合增益光纤激光器的结构示意图；
图2为本申请实施例3中掺铥拉曼混合增益光纤激光器的结构示意图；
图3为本申请实施例4中掺铥拉曼混合增益光纤激光器的结构示意图；
图4为本申请实施例5中掺铥拉曼混合增益光纤激光器的结构示意图；
图5为典型拉曼增益谱。
附图标记
信号光源-110、光纤隔离器-120、高反光栅-130、低反光栅-140、泵浦源-200、泵浦-信号光合束器-300、第一增益光纤-410、第二增益光纤-420、泵浦光滤除器-500。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的掺铥拉曼混合增益光纤激光器进行详细地说明。
实施例1：
如图1至图4所示，本申请实施例提供了一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，包括泵浦源200、信号激光模块、增益单元，泵浦源200与增益单元连接，用于引发增益单元的增益机制，信号激光模块与增益单元连接且与泵浦源200耦合，用以向增益单元输入固定波段的信号激光，增益单元包括依次连接的第一增益光纤410、第二增益光纤420，第一增益光纤410为掺铥光纤，优选拉曼增益系数高的掺铥光纤，第二增益光纤420为拉曼光纤，由于任何光纤都可以提供拉曼增益，当第一增益光纤410拉曼增益足够时，可以没有第二增益光纤420，因此第二增益光纤420长度规定为≥0m。
泵浦源200为铒波段的激光，辐射波长一般在1530-1620nm，这个波段是在掺铥光纤的吸收带内的，可以通过掺铥光纤来提供增益，此波段作为泵浦激光，通过拉曼增益产生的斯托克斯激光波长计算公式为：
其中，Δυ为拉曼峰值增益对应的波数，λp为泵浦光波长，λs为斯托克斯光波长。在常规拉曼光纤中，拉曼峰值增益对应的波数Δυ通常为400cm-1左右，实际上整个拉曼增益是很宽的，由图5可以估算增益范围可以达167-667cm-1，通过以上公式计算斯托克斯的波长可以覆盖1640-1800nm附近，拉曼增益的波段覆盖1640-1800nm，掺铥光纤的增益范围可以覆盖1650-2000nm附近，两者重叠的增益部分就是我们激光器设计的运转波长。
即泵浦源200的波段为1530-1620nm，信号激光模块输出激光的波段为掺铥-拉曼两种增益的交叉带1650-1800nm。
还包括与泵浦源200、信号激光模块、增益单元连接的泵浦-信号光合束器300以及泵浦光滤除器500，泵浦-信号光合束器300用于将泵浦激光和信号激光耦合在一起，可以为常规的信号光-包层光合束器或者为波分复用器等，泵浦光滤除器500用于把泵浦激光和信号激光分开，当系统选择包层泵浦时，可以为包层光滤除器，当系统选择纤芯泵浦时，可以为波分复用器。
本申请实施例中，采用上述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，泵浦源200输出的泵浦激光波段为1530-1620nm，位于掺铥光纤的吸收带内，信号激光模块输出的信号激光波段为1650-1800nm，位于掺铥-拉曼两种增益的交叉带内，通过掺铥与拉曼的混合增益，使得信号激光的输出功率和泵浦--信号转换效率均得到提升，在掺铥与拉曼的双重增益下，大部分的泵浦激光转换为信号激光，能够满足1.7微米波段信号激光更高的功率要求。
实施例2：
如图1所示，本实施例中，本发明的结构为光纤放大器，包括前述实施例1的结构特征，其中，信号激光模块包括信号光源110、光纤隔离器120，信号光源110用以输出波段为1650-1800nm的信号激光，光纤隔离器120为与信号光源110的信号激光输出端连接，用于保护信号光源110，避免因信号光源110受来自反射的反向光影响而致其谱纯度降低，提高信号光源110的工作稳定性。
泵浦源200、光纤隔离器120输出端分别与泵浦-信号光合束器300输入端连接，泵浦-信号光合束器300输出端依次连接第一增益光纤410、第二增益光纤420，第二增益光纤420输出端连接泵浦光滤除器500。
此时激光器为正向泵浦状态，信号光源110输出的信号激光经过光纤隔离器120后通过泵浦-信号合束器跟泵浦源200输出的泵浦激光合束，合束后的激光注入第一增益光纤410，在泵浦激光的抽运下，第一光纤提供增益使得信号激光得到放大，经过第二增益光纤420时，剩余的泵浦激光通过拉曼增益把信号激光放大，最终被放大的信号激光和剩余的泵浦激光通过泵浦光滤除器500分开，大功率的信号激光输出光路。
本申请实施例中，采用上述方案的一种1590nm激光泵浦的高功率、高效率1710nm激光系统中，激光光源输出的信号激光为1710nm的单频信号，泵浦源200输出的泵浦激光为1590nm，泵浦-信号合束器具体为第一1710/1590保偏WDM，泵浦光滤除器500具体为第二1710/1590保偏WDM，1710nm的信号激光经过光纤隔离器120后通过第一1710/1590保偏WDM和1590nm泵浦激光耦合入第一增益光纤410中，这里第一增益光纤410具体为拉曼增益系数大的TDF-4/125光纤，第一增益光纤410后面熔接一段第二增益光纤420，第二增益光纤420具体为高非线性光纤，在1590nm泵浦激光的抽运下，第一增益光纤410提供稀土离子的增益和拉曼增益，第二增益光纤420提供较高的拉曼增益，为了抑制可能的受激布里渊散射，对第二增益光纤420施加一定梯度的应力，最终在双重增益下，大部分的泵浦激光转换为信号激光，小部分的泵浦激光经过第二1710/1590保偏WDM分离出系统，高功率的1710nm信号激光输出。
实施例3：
如图2所示，本实施例中，本发明的结构为光纤放大器，包括前述实施例1的结构特征，其中，信号激光模块包括信号光源110、光纤隔离器120，信号光源110用以输出波段为1650-1800nm的信号激光，光纤隔离器120为与信号光源110的信号激光输出端连接，用于保护信号光源110，避免因信号光源110受来自反射的反向光影响而致其谱纯度降低，提高信号光源110的工作稳定性。
光纤隔离器120输出端与泵浦光滤除器500连接，泵浦光滤除器500依次连接第一增益光纤410、第二增益光纤420，第二增益光纤420连接泵浦-信号合束器，泵浦-信号合束器与泵浦源200连接。
此时激光器为后向泵浦状态，信号光源110输出的信号激光经过光纤隔离器120、泵浦光滤除器500注入第一增益光纤410和第二增益光纤420正向传输，泵浦源200输出的泵浦激光经过泵浦-信号合束器耦合入系统，泵浦激光和信号激光在增益单元中相遇，信号激光得到放大并穿过泵浦-信号合束器输出，剩余的泵浦激光经过泵浦光滤除器500被完全吸收或导出系统。
实施例4：
如图3所示，本实施例中，本发明的结构为光纤振荡器，包括前述实施例1的结构特征，其中，信号激光模块包括高反光栅130和低反光栅140，高反光栅130和低反光栅140分别连接增益单元的两端，高反光栅130、低反光栅140为光纤光栅，反射的中心波长为1650-1800nm左右，用于提供信号激光的反馈，选择纵模，即选择振荡的模式，低反光栅140的反射率低于高反光栅130。
泵浦源200、高反光栅130分别与泵浦-信号光合束器300输入端连接，泵浦-信号光合束器300输出端依次连接第一增益光纤410、第二增益光纤420，第二增益光纤420连接低反光栅140，低反光栅140连接泵浦光滤除器500。
此时激光器为正向泵浦状态，泵浦源200输出的泵浦激光经过泵浦-信号合束器耦合入系统，在泵浦激光的作用下增益单元引发增益机制，低反光栅140接收泵浦激光并反射输出中心波长为1650-1800nm的信号激光，信号激光通过增益单元放大，且该信号激光在低反光栅140与高反光栅130之间来回反馈，如此往复实现信号激光的反馈放大，功率放大的信号激光由低反光栅140通过泵浦光滤除器500输出，同时泵浦光滤除器500将信号激光与残余泵浦激光分离。
实施例5：
如图4所示，本实施例中，本发明的结构为光纤振荡器，包括前述实施例1的结构特征，其中，信号激光模块包括高反光栅130和低反光栅140，高反光栅130和低反光栅140分别连接增益单元的两端，高反光栅130、低反光栅140为光纤光栅，反射的中心波长为1650-1800nm左右，用于提供信号激光的反馈，选择纵模，即选择振荡的模式，低反光栅140的反射率低于高反光栅130.
高反光栅130与泵浦光滤除器500连接，泵浦光滤除器500依次连接第一增益光纤410、第二增益光纤420，第二增益光纤420连接低反光栅140，低反光栅140连接泵浦-信号光合束器300，泵浦-信号合束器与泵浦源200连接。
此时激光器为后向泵浦状态，泵浦源200输出的泵浦激光经过泵浦-信号合束器耦合入系统，在泵浦激光的作用下增益单元引发增益机制，低反光栅140接收泵浦激光并反射输出中心波长为1650-1800nm的信号激光，信号激光通过增益单元放大，且该信号激光在低反光栅140与高反光栅130之间来回反馈，如此往复实现信号激光的反馈放大，功率放大的信号激光由低反光栅140通过泵浦-信号合束器输出，同时剩余的泵浦激光经过泵浦光滤除器500被完全吸收或导出系统。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (9)
1.一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，包括：
泵浦源，与增益单元连接，用于输出泵浦激光；
所述增益单元，用于接收所述泵浦激光，并通过所述泵浦激光引发增益机制；
信号激光模块，与所述增益单元连接且与所述泵浦源耦合，用以向所述增益单元输入信号激光；
其中，所述泵浦激光的波段为1530-1620nm，所述信号激光的波段为1650-1800nm。
2.根据权利要求1所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述增益单元包括第一增益光纤以及与所述第一增益光纤连接的第二增益光纤；
其中，所述第一增益光纤为掺铥光纤，所述第二增益光纤为拉曼光纤且长度≥0m。
3.根据权利要求2所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，还包括：
泵浦-信号光合束器，用于将所述泵浦激光和所述信号激光耦合在一起；
泵浦光滤除器，用于将所述泵浦激光和所述信号激光分开。
4.根据权利要求3所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述信号激光模块包括：
信号光源，用以输出波段为1650-1800nm的所述信号激光；
光纤隔离器，用于接收所述信号激光并将所述信号激光输出至所述增益单元，且避免所述信号光源受来自反射的反向光影响。
5.根据权利要求4所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源、光纤隔离器输出端分别与所述泵浦-信号光合束器输入端连接，所述泵浦-信号光合束器输出端依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤输出端连接所述泵浦光滤除器。
6.根据权利要求4所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述光纤隔离器输出端与所述泵浦光滤除器连接，所述泵浦光滤除器依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤连接所述泵浦-信号合束器，所述泵浦-信号合束器与所述泵浦源连接。
7.根据权利要求3所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述信号激光模块包括高反光栅以及低反光栅，所述高反光栅和所述低反光栅分别连接所述增益单元的两端且用于提供所述信号激光的反馈；
其中，所述高反光栅、低反光栅的反射的中心波长为1650-1800nm。
8.根据权利要求7所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源、高反光栅分别与所述泵浦-信号光合束器输入端连接，泵浦-信号光合束器输出端依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤连接所述低反光栅，所述低反光栅连接所述泵浦光滤除器。
9.根据权利要求7所述的一种掺铥拉曼混合增益光纤激光器，其特征在于，所述高反光栅与所述泵浦光滤除器连接，所述泵浦光滤除器依次连接所述第一增益光纤、第二增益光纤，所述第二增益光纤连接所述低反光栅，所述低反光栅连接所述泵浦-信号光合束器，所述泵浦-信号合束器与所述泵浦源连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115693359A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-03 | 上海频准激光科技有限公司 | 一种光纤激光器及其偏振态切换方法 |
-
2022
- 2022-07-08 CN CN202210806815.3A patent/CN114976833A/zh active Pending
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