CN115642467B - 一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法及系统，系统包括第一光纤激光光路（2），其包括第一半导体泵浦源（5）、第一信号泵浦耦合器（6）、第一掺Yb光纤（7）、第二掺Yb光纤（8）、第一泵浦光滤除器（9）以及第一无源输出光纤（10）；第一全光纤磁致旋光装置（1），其设于所述第一掺Yb光纤（7）和第二掺Yb光纤（8）之间，包括第一磁致旋光光纤（3）和第一磁场产生装置（4），在第一磁场产生装置（4）作用下使线偏振激光偏振方向发生变化。本发明在线偏振光纤激光器中加入具有磁致旋光效应的光纤，在磁场作用下使线偏振激光偏振方向发生变化，抑制受激布里渊散射效应积累，具有全光纤结构、高功率适用的优点。

Description

一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法及系统

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，更具体地，涉及一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法及系统。用于提高窄线宽光纤激光器输出功率，改善高功率窄线宽激光光纤传输效果，适合在高功率激光领域应用。

背景技术

光纤激光器已广泛应用于国民经济、国防军事、科研探索等领域，其中窄线宽光纤激光器以其激光光谱更纯净的特点在激光雷达、激光倍频、相干通信、激光合束等方面具有重要的应用价值，高功率窄线宽光纤激光器需求愈加迫切。

当前窄线宽光纤激光器功率提升受到受激布里渊散射效应严重限制，提升输出功率主要通过使用大模场光纤、调制输入光等方式，取得了一定效果，但实施效果存在极限，且实施相对复杂，并可能对其他技术指标产生不利影响，迫切需要新的受激布里渊散射效应抑制方式。CN102314041A提出在光纤中掺杂法拉第顺磁或逆磁物质使其具有磁致旋光效应，并在所述掺杂光纤上始终设置有沿光纤长度方向分布的磁场，以抑制受激布里渊散射效应。在该专利中，沿光纤方向设置有多个磁场与掺杂物质的重合分布，将传输光纤分割为多段，从光纤全长与受激布里渊散射效应积累来考虑，将会出现不同段传输的线偏振激光与不同段产生的斯托克斯光偏振方向不同始终保持垂直，无法最大化抑制受激布里渊散射效应。该专利需设置多组磁场与掺杂法拉第顺磁或逆磁物质光纤的匹配区域，且仅提出用于激光传输应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法及系统，能够有效地利用受激布里渊散射效应的偏振依赖特性和磁致旋光效应，提升线偏振窄线宽光纤激光器/放大器的受激布里渊散射效应阈值，延长线偏振窄线宽激光在不达到受激布里渊散射效应阈值前提下的传输距离，可用于高功率线偏振窄线宽光纤激光器/放大器的研制和高功率线偏振窄线宽激光远距离光纤传输，应用前景广泛。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，包括：

第一光纤激光光路，其包括第一半导体泵浦源、第一信号泵浦耦合器、第一掺Yb光纤、第二掺Yb光纤、第一泵浦光滤除器以及第一无源输出光纤；

第一全光纤磁致旋光装置，其设于所述第一掺Yb光纤和第二掺Yb光纤之间，包括第一磁致旋光光纤和第一磁场产生装置，在第一磁场产生装置作用下使线偏振激光偏振方向发生变化；

在所述第二掺Yb光纤、第一泵浦光滤除器、第一无源输出光纤中传输的信号激光所产生的受激布里渊散射光在通过第一全光纤磁致旋光装置发生偏振态旋转后，其偏振态与第一信号泵浦耦合器、第一掺Yb光纤中传输的信号激光偏振态相垂直，抑制受激布里渊散射效应积累。

进一步地，所述第一磁致旋光光纤具有满足激光传输需求并保持激光偏振特性的波导结构，其用于信号激光传输的部分使用具有磁致旋光效应的材料制成。

进一步地，所述具有磁致旋光效应的材料为：掺Tb硅酸盐玻璃、掺Pb硅酸盐玻璃、掺Dy硼酸盐玻璃、AsS玻璃、铽镓石榴石TGG晶体、钇铁石榴石YIG晶体或铽铝石榴石TAG晶体。

进一步地，采用光纤熔接方式将所述第一全光纤磁致旋光装置安装在第一光纤激光光路内合适位置；

该位置为增益光纤与增益光纤之间，增益光纤与无源光纤之间或无源光纤之间。

进一步地，所述第一磁场产生装置提供磁致旋光效应所需的磁场，其磁场强度根据磁致旋光光纤特性和偏振方向旋转角度确定，为稀土永磁体或电磁铁。

进一步地，所述第一光纤激光光路的波长为1064nm的保偏掺Yb光纤放大器，采用同向泵浦方式和半导体泵浦源。

进一步地，还包括第二光纤激光光路，其为1080nm波长的保偏掺Yb光纤放大器，采用反向泵浦。

进一步地，还包括第三光纤激光光路，1μm波段激光传输的无源保偏光纤。

进一步地，信号激光在传输通过第一全光纤磁致旋光装置后，其偏振方向与入射第一全光纤磁致旋光装置前的偏振方向成45°～225°。

按照本发明的第二方面，提供一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法，包括：

S100：在线偏振光纤激光器中加入一段具有磁致旋光效应的光纤；

S200：调节磁场，在磁场作用下使线偏振激光偏振方向发生变化，使光纤中的线偏振窄线宽激光与反向传输的线偏振斯托克斯光之间出现偏振方向差异，抑制受激布里渊散射效应积累。

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：

1.本发明的系统，能够有效地利用受激布里渊散射效应的偏振依赖特性和磁致旋光效应，提升线偏振窄线宽光纤激光器/放大器的受激布里渊散射效应阈值，延长线偏振窄线宽激光在不达到受激布里渊散射效应阈值前提下的传输距离，可用于高功率线偏振窄线宽光纤激光器/放大器的研制和高功率线偏振窄线宽激光远距离光纤传输，应用前景广泛。

2.本发明的系统，在不考虑实际误差情况下，信号激光在传输通过全光纤磁致旋光装置后，其偏振方向与入射全光纤磁致旋光装置前的偏振方向成45°，进而使传输通过全光纤磁致旋光装置后的信号激光产生的受激布里渊散射光（与信号激光反向传输）在传输通过全光纤磁致旋光装置后，其偏振方向垂直于入射全光纤磁致旋光装置前的信号激光偏振方向。

3.本发明的系统，利用磁致旋光光纤在外磁场作用下可产生的磁致旋光效应，实现了全光纤结构、可耐受功率的受激布里渊散射效应抑制效果，避免对激光光谱等其他特性产生不利影响，并可与传统受激布里渊散射效应抑制方法结合使用。

4.本发明的系统，在线偏振光纤激光器中加入一段具有磁致旋光效应的光纤，在磁场作用下使线偏振激光偏振方向发生变化，抑制受激布里渊散射效应积累，从而提高线偏振窄线宽光纤激光器输出功率，延长线偏振高功率窄线宽激光光纤传输距离，具有全光纤结构、高功率适用、简便易行的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1中光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统结构示意图；

图2为本发明实施例2中光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统结构示意图；

图3为本发明实施例3中光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统结构示意图；

图4为本发明实施例光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法流程示意图。

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：1-第一全光纤磁致旋光装置、2-第一光纤激光光路、3-第一磁致旋光光纤、4-第一磁场产生装置、5-第一半导体泵浦源、6-第一信号泵浦耦合器、7-第一掺Yb光纤、8-第二掺Yb光纤、9-第一泵浦光滤除器、10-第一无源输出光纤；

11-第二全光纤磁致旋光装置、12-第二光纤激光光路、13-第二磁致旋光光纤、14-第二磁场产生装置、15-第二泵浦光滤除器、16-第三掺Yb光纤、17-第二信号泵浦耦合器、18-泵浦源、19-第二无源输出光纤；

21-第三全光纤磁致旋光装置、22-第三光纤激光光路、23-第三磁致旋光光纤、24-第三磁场产生装置。

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。

光纤中的受激布里渊散射效应具有偏振相关特性，当信号光与受激布里渊散射产生的斯托克斯光是正交偏振的线偏振光时，布里渊增益为零；并且由于光纤的波导作用，光纤中受激布里渊散射产生的斯托克斯光主要为后向传输。另一方面，磁致旋光效应引起的偏振方向旋转仅与磁场方向有关，与光的传播方向无关。因此，利用磁致旋光效应可以使光纤中的线偏振窄线宽激光与反向传输的线偏振斯托克斯光之间出现偏振方向差异，减少受激布里渊散射效应积累。因此，本发明提供一种光纤激光受激布里渊散射效应抑制方法和装置，在线偏振光纤激光器中加入一段具有磁致旋光效应的光纤，在磁场作用下使线偏振激光偏振方向发生变化，抑制受激布里渊散射效应积累，从而提高线偏振窄线宽光纤激光器输出功率，延长线偏振高功率窄线宽激光光纤传输距离，具有全光纤结构、高功率适用、简便易行的优点。

实施例1

如图1所示，在本发明一种光纤激光受激布里渊散射效应抑制方法与装置的实施中，通过将第一全光纤磁致旋光装置1加入第一光纤激光光路2中，引起线偏振激光偏振态的旋转，从而利用受激布里渊散射效应偏振依赖特性，以提高受激布里渊散射效应的阈值。第一光纤激光光路2可以是常见的产生线偏振光纤激光使用的光纤振荡器、放大线偏振光纤激光使用的光纤放大器或传输线偏振光纤激光使用的无源传输光纤。

第一全光纤磁致旋光装置1由第一磁致旋光光纤3、第一磁场产生装置4组成，会引起线偏振激光单方向传输通过后的偏振方向，在不考虑实际误差情况下，较入射前旋转180°×n+45°（n=0,1,2,…）。实施时，采用光纤熔接方式将第一全光纤磁致旋光装置1安装在第一光纤激光光路2内合适位置，该位置可以是且不限于：增益光纤与增益光纤之间，增益光纤与无源光纤之间，无源光纤之间。因此，信号激光在传输通过全光纤磁致旋光装置后，其偏振方向与入射全光纤磁致旋光装置前的偏振方向成45°，进而使其产生的、反向传输的受激布里渊散射光在传输通过全光纤磁致旋光装置后，其偏振方向与入射全光纤磁致旋光装置前的信号激光偏振方向相垂直，不能利用入射全光纤磁致旋光装置前的信号激光产生的受激布里渊散射效应增益而放大，从而提升受激布里渊散射效应阈值。

第一磁致旋光光纤3具有满足激光传输需求并保持激光偏振特性的波导结构，其用于信号激光传输的部分使用具有磁致旋光效应的材料制成，该材料可以是但不限于：掺Tb硅酸盐玻璃、掺Pb硅酸盐玻璃、掺Dy硼酸盐玻璃、As2S3玻璃、铽镓石榴石TGG晶体、钇铁石榴石YIG晶体、铽铝石榴石TAG晶体等。第一磁场产生装置4提供磁致旋光效应所需的磁场，其磁场强度根据磁致旋光光纤特性和偏振方向旋转角度确定，可以是但不限于：稀土永磁体、电磁铁等。

参考图1，第一光纤激光光路2为常见的适用于1064nm波长的保偏掺Yb光纤放大器，采用同向泵浦方式和半导体泵浦源，具体包含第一半导体泵浦源5、第一信号泵浦耦合器6、第一掺Yb光纤7、第二掺Yb光纤8、第一泵浦光滤除器9、第一无源输出光纤10，其工作原理与方式不再赘述。

第一全光纤磁致旋光装置1由第一磁致旋光光纤3与第一磁场产生装置4组成，第一磁致旋光光纤3具有满足信号激光和泵浦光传输需求的双包层结构，并能保持信号激光偏振特性，其用于信号激光传输的纤芯部分使用掺Tb硅酸盐玻璃材料制成。第一磁场产生装置4为电磁铁，其磁场强度根据磁致旋光光纤特性和偏振方向旋转角度确定，并根据第一磁致旋光光纤3的温度调整，从而使线偏振激光单次通过第一全光纤磁致旋光装置1后，其偏振方向旋转45°。

第一全光纤磁致旋光装置1采用光纤熔接的方式安装在第一掺Yb光纤7和8之间。于是，在第二掺Yb光纤8、第一泵浦光滤除器9、第一无源输出光纤10中传输的信号激光所产生的受激布里渊散射光在通过第一全光纤磁致旋光装置1、发生偏振态旋转后，其偏振态与第一信号泵浦耦合器6、第一掺Yb光纤7中传输的信号激光偏振态相垂直，不能通过获得受激布里渊散射效应增益。

实施例2

参考图2，第二光纤激光光路12为常见的适用于1080nm波长的保偏掺Yb光纤放大器，采用反向泵浦方式，具体包含第二泵浦光滤除器15、第三掺Yb光纤16、第二信号泵浦耦合器17、泵浦源18、第二无源输出光纤19，其工作原理与方式不再赘述。

第二全光纤磁致旋光装置11由第二磁致旋光光纤13与第二磁场产生装置14组成，第二磁致旋光光纤13具有满足信号激光和泵浦光传输需求的双包层结构，并能保持信号激光偏振特性，其用于信号激光传输的纤芯部分使用铽镓石榴石TGG晶体制成。第二磁场产生装置14为稀土永磁体，其磁场强度根据磁致旋光光纤特性和偏振方向旋转角度确定，从而使线偏振激光单次通过第二全光纤磁致旋光装置11后，其偏振方向旋转225°。

第二全光纤磁致旋光装置11采用光纤熔接的方式安装在第三掺Yb光纤16、第二信号泵浦耦合器17之间。于是，在第二信号泵浦耦合器17、第二无源输出光纤19中传输的信号激光所产生的受激布里渊散射光在通过第二全光纤磁致旋光装置11、发生偏振态旋转后，其偏振态与半第二泵浦光滤除器15、第三掺Yb光纤16中传输的信号激光偏振态相垂直，不能通过获得受激布里渊散射效应增益。

实施例3

参考图3，第三光纤激光光路22为常见的适用于1μm波段激光传输的无源保偏光纤。第三全光纤磁致旋光装置21由第三磁致旋光光纤23与第三磁场产生装置24组成，第三磁致旋光光纤23具有满足1μm波段激光传输需求的波导结构，并能保持信号激光偏振特性，其用于激光传输的纤芯部分使用掺Tb硅酸盐玻璃制成。第三磁场产生装置24为稀土永磁体，其磁场强度根据磁致旋光光纤特性和偏振方向旋转角度确定，从而使线偏振激光单次通过第三全光纤磁致旋光装置21后，其偏振方向旋转45°。

第三全光纤磁致旋光装置21采用光纤熔接的方式安装在第三光纤激光光路22（无源保偏光纤）中间。于是，激光在传输通过全光纤磁致旋光装置后，其偏振方向与入射全光纤磁致旋光装置前的偏振方向成45°。因此，激光在沿传输方向的后一段无源保偏光纤中所产生的受激布里渊散射光，在反向传输通过第三全光纤磁致旋光装置21后，其偏振方向再次旋转，与在沿传输方向的前一段无源保偏光纤中传输的激光偏振方向相垂直，不能利用其产生的受激布里渊散射效应增益而放大，提升受激布里渊散射效应阈值。

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)

1.一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，包括：

第一光纤激光光路（2），其包括第一半导体泵浦源（5）、第一信号泵浦耦合器（6）、第一掺Yb光纤（7）、第二掺Yb光纤（8）、第一泵浦光滤除器（9）以及第一无源输出光纤（10）；

第一全光纤磁致旋光装置（1），其设于所述第一掺Yb光纤（7）和第二掺Yb光纤（8）之间，包括第一磁致旋光光纤（3）和第一磁场产生装置（4），在第一磁场产生装置（4）作用下使线偏振激光偏振方向发生变化；

在所述第二掺Yb光纤（8）、第一泵浦光滤除器（9）、第一无源输出光纤（10）中传输的信号激光所产生的受激布里渊散射光在通过第一全光纤磁致旋光装置（1）发生偏振态旋转后，其偏振态与第一信号泵浦耦合器（6）、第一掺Yb光纤（7）中传输的信号激光偏振态相垂直，抑制受激布里渊散射效应积累。

2.根据权利要求1所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，所述第一磁致旋光光纤（3）具有满足激光传输需求并保持激光偏振特性的波导结构，其用于信号激光传输的部分使用具有磁致旋光效应的材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，所述具有磁致旋光效应的材料为：掺Tb硅酸盐玻璃、掺Pb硅酸盐玻璃、掺Dy硼酸盐玻璃、As2S3玻璃、铽镓石榴石TGG晶体、钇铁石榴石YIG晶体或铽铝石榴石TAG晶体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，采用光纤熔接方式将所述第一全光纤磁致旋光装置（1）安装在第一光纤激光光路（2）内合适位置；

该位置为增益光纤与增益光纤之间，增益光纤与无源光纤之间或无源光纤之间。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，所述第一磁场产生装置（4）提供磁致旋光效应所需的磁场，其磁场强度根据磁致旋光光纤特性和偏振方向旋转角度确定，为稀土永磁体或电磁铁。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，所述第一光纤激光光路（2）的波长为1064nm的保偏掺Yb光纤放大器，采用同向泵浦方式和半导体泵浦源。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，还包括第二光纤激光光路（12），其为1080nm波长的保偏掺Yb光纤放大器，采用反向泵浦。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，还包括第三光纤激光光路（22），1μm波段激光传输的无源保偏光纤。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制系统，其特征在于，信号激光在传输通过第一全光纤磁致旋光装置（1）后，其偏振方向与入射第一全光纤磁致旋光装置（1）前的偏振方向成45°～225°。

10.一种光纤激光器受激布里渊散射效应抑制方法，其特征在于，包括：

S100：在线偏振光纤激光器中加入一段具有磁致旋光效应的光纤；

S200：调节磁场，在磁场作用下使线偏振激光偏振方向发生变化，使光纤中的线偏振窄线宽激光与反向传输的线偏振斯托克斯光之间出现偏振方向差异，抑制受激布里渊散射效应积累。

Images