CN115912027A - 一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器，依次连接的种子源、隔离器、第一环形器、第一合束器、第一增益光纤、光纤光栅、第二增益光纤、第二合束器、第二环形器，还包括第一泵浦源、第二泵浦源和输出准直器；光纤光栅为全反射光栅，中心波长与种子光波长一致，设置于第一增益光纤和第二增益光纤之间；利用光纤光栅，实现种子光的原光路反射与二次放大，同时泵浦光传输到光纤光栅时会透射过去继续传输。本发明在增益光纤较短的情况下能增加种子光与增益光纤的作用距离，对种子光的进行二次放大的同时有效抑制光纤激光器中的自发辐射效应和非线性效应，同时对剩余泵浦光进行二次利用，有效提高泵浦效率，提升光纤激光器性能。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器和光纤放大器技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的高泵浦效率低ASE低非线性效应的全光纤结构光纤激光器。
背景技术
光纤激光器具有稳定性好、抗干扰能力强、相干长度长、光束质量好、耦合和转换效率高以及方便系统集成等特点，在工业加工、激光雷达、科学研究以及国防军工等领域受到越来越多的关注。特别在过去几年，随着材料科学、光纤工艺和半导体技术的进步，光纤激光器得到了迅速发展。
常规结构的光纤激光器，提高输出激光功率的常用方法有两种：一是使用较长的增益光纤和提高泵浦光的功率，二是增加MOPA系统光纤激光放大器放大级的级数。前者由于增加了光纤中光场的传输距离以及光场的功率密度，使得在种子光的放大过程中极易产生自发辐射光(ASE)以及受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)等非线性效应，进而限制了光纤激光器功率的提升，甚至损坏光纤器件；后者由于每级放大光路都需要增加额外的光纤器件、泵浦源及其驱动电路，使得系统结构复杂且导致光纤激光器成本的提高。另外，常规结构的光纤激光器中多余的泵浦光通常会被剥除出光路，造成泵浦光浪费，降低泵浦效率。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器，利用光纤光栅增加种子光与增益光纤的作用距离，在使用较短增益光纤的情况下实现对种子光的有效放大，同时通过提高泵浦光的利用效率，降低对泵浦光的功率要求，有效抑制了光纤激光器中的ASE效应及SBS和SRS非线性效应。
本发明所采用的技术方案是：
提供一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器，包括：
依次连接的种子源、隔离器、第一环形器、第一合束器、第一增益光纤、光纤光栅、第二增益光纤、第二合束器、第二环形器，还包括第一泵浦源、第二泵浦源和输出准直器；
光纤光栅为全反射光栅，中心波长与种子光波长一致，设置于第一增益光纤和第二增益光纤之间；
第一泵浦源的输出与第一合束器的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中，第二泵浦源的输出与第二合束器的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中；
第一环形器的1端口与隔离器输出端相熔接，第一环形器的第2端口与第一合束器的种子光输入端相熔接，第一环形器的第3端口和第二环形器的第1端口相熔接，第二环形器的第2端口与第二合束器的种子光输入端相熔接，第二环形器的第3端口与输出准直器相熔接。
接上述结束方案，第一环形器、第一合束器、第一增益光纤依次连接分别与依次连接的第二增益光纤、第二合束器、第二环形器关于光纤光栅对称设置。
接上述结束方案，第一环形器设置于第一合束器之前，用于将第一增益光纤放大后的种子光输出到第二增益光纤的放大光路中，第二环形器设置于第二合束器之后，用于将第二增益光纤放大后的种子光输出到输出准直器。
接上述结束方案，第一泵浦源、第二泵浦源均为光纤耦合半导体激光器，泵浦方式为包层泵浦或纤芯泵浦。
接上述结束方案，第一合束器、第二合束器为光纤N×1泵浦合束器或波分复用器。
接上述结束方案，第一增益光纤、第二增益光纤为纤芯掺杂稀土离子的双包层光纤或单包层光纤。
接上述结束方案，第一增益光纤、第二增益光纤，还可以为光子晶体光纤或其他特种有源光纤。
接上述结束方案，输出准直器用于输出放大后的种子光。
接上述结束方案，第一增益光纤、第二增益光纤的增益波段覆盖所述种子源的波长。
接上述结束方案，第一增益光纤、第二增益光纤的吸收波段覆盖所述第一泵浦源、第二泵浦源的波长。
本发明产生的有益效果是：本发明提供一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器，利用设置在两个增益光纤之间的中心波长与种子源的输出波长一致的全反射光纤光栅，实现种子光的原光路反射与二次放大，同时泵浦光传输到光纤光栅时会透射过去继续传输，用于泵浦设置在光纤光栅对侧的增益光纤，实现对剩余泵浦光的二次利用。本发明在增益光纤较短的情况下能增加种子光与增益光纤的作用距离，对种子光进行二次放大的同时有效抑制光纤激光器中的自发辐射效应和非线性效应，同时对剩余泵浦光进行二次利用，有效提高泵浦效率，提升光纤激光器性能。
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以简单地介绍，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是本发明实施例1的一种基于光纤光栅的高泵浦效率低ASE低非线性效应光纤激光器结构示意图；
图2是本发明实施例1中光纤光栅7附近种子光和泵浦光传输示意图；
图3是本发明实施例2基于光纤光栅的高泵浦效率低ASE低非线性效应光纤激光器的一种简单实现形式结构示意图；
(种子源1、隔离器2、第一泵浦源3、第一环形器4、第一合束器5、第一增益光纤6、光纤光栅7、第二增益光纤8、第二合束器9、第二环形器10、第二泵浦源11、输出准直器12)。
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。
本发明提供一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器，包括：
如图1所示，依次连接的种子源1、隔离器2、第一环形器4、第一合束器5、第一增益光纤6、光纤光栅7、第二增益光纤8、第二合束器9、第二环形器10，还包括第一泵浦源3、第二泵浦源11和输出准直器12。种子源1可以为连续激光也可以为脉冲激光，种子源1后设置隔离器2，用于保护种子源1，防止反向光损坏种子源1。
光纤光栅7为全反射光栅，中心波长与种子光波长一致，设置于第一增益光纤6和第二增益光纤8之间，如图2所示，种子光经过增益光纤到达光纤光栅7后发生反射，实现种子光再次经过增益光纤，完成二次放大。
第一泵浦源3的输出与第一合束器5的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中，第二泵浦源11的输出与第二合束器9的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中；作为泵浦源的第一泵浦源3、第二泵浦源11可以为单个泵浦源也可以为多个泵浦源。
第一环形器4的第1端口与隔离器2输出端相熔接，第一环形器4的第2端口与第一合束器5的种子光输入端相熔接，第一环形器4的第3端口和第二环形器10的第1端口相熔接，第二环形器10的2端口与第二合束器9的种子光输入端相熔接，第二环形器10的第3端口与输出准直器12相熔接。
作为优选实施例，第一环形器4、第一合束器5、第一增益光纤6依次连接分别与依次连接的第二增益光纤8、第二合束器9、第二环形器10关于光纤光栅7对称设置。通过对称设置，让经过增益光纤的种子光按原光路返回进行二次放大的同时，可以使经过光纤光栅7的泵浦光耦合到对方的增益光纤进行种子光放大，实现对剩余泵浦光的二次利用，能有效提高泵浦效率，提升光纤激光器性能。
作为优选实施例，第一环形器4设置于第一合束器5之前，用于将第一增益光纤6二次放大后的种子光输出到第二增益光纤8的放大光路中，第二环形器10设置于第二合束器9之后，用于将第二增益光纤8二次放大后的种子光输出到输出准直器12。
作为优选实施例，第一泵浦源3、第二泵浦源11均为光纤耦合半导体激光器，泵浦方式为包层泵浦或纤芯泵浦。
作为优选实施例，第一合束器5、第二合束器9为光纤N×1泵浦合束器或波分复用器。
作为优选实施例，第一增益光纤6、第二增益光纤8为纤芯掺杂稀土离子的双包层光纤或单包层光纤。
作为优选实施例，第一增益光纤6、第二增益光纤8还可以为光子晶体光纤或其他特种有源光纤，泵浦源可以为一个或多个。
作为优选实施例，输出准直器12用于输出放大后的种子光。
作为优选实施例，第一增益光纤6、第二增益光纤8的增益波段覆盖所述种子源1的波长。
作为优选实施例，第一增益光纤6、第二增益光纤8的吸收波段覆盖所述第一泵浦源3、第二泵浦源11的波长。
作为一最佳实施例1，包括本发明的所有器件，第一环形器4、第一合束器5、第一增益光纤6依次连接分别与依次连接的第二增益光纤8、第二合束器9、第二环形器10关于光纤光栅7对称设置。
第一环形器4的第1端口与隔离器2输出端相熔接，第一环形器4的第2端口与第一合束器5的种子光输入端相熔接，第一环形器4的第3端口和第二环形器10的第1端口相熔接，第二环形器10的第2端口与第二合束器9的种子光输入端相熔接，第二环形器10的第3端口与输出准直器12相熔接。
第一泵浦源3的输出与第一合束器5的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中，第二泵浦源11的输出与第二合束器9的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中；作为泵浦源的第一泵浦源3、第二泵浦源11可以为单个泵浦源也可以为多个泵浦源。
实施例1的工作原理如下：
种子源1可以为连续激光也可以为脉冲激光。
种子源1输出的种子光经隔离器2后输入到第一环形器4的第1端口，经第一环形器4的第2端口输出到第一合束器5的种子光输入端，第一合束器5将种子光和第一泵浦源3的泵浦光耦合到第一增益光纤6中进行种子光放大。
种子光1经第一增益光纤6一次放大后，被光纤光栅7反射回第一增益光纤6进行二次放大。第一增益光纤6二次放大后的种子光由第一环形器1的第3端口输出到第二环形器10的第1端口，由第二合束器9将种子光和泵浦光耦合到第二增益光纤8中。种子光经第二增益光纤8一次放大后，被光纤光栅7反射回第二增益光纤8进行二次放大。放大后的种子光经第二环形器10的第3端口由输出准直器12输出。
第一增益光纤6中剩余的泵浦光通过光纤光栅7注入到第二增益光纤8中，用于泵浦第二增益光纤8。相应的，第二增益光纤8中剩余的泵浦光通过光纤光栅7注入到第一增益光纤6中，用于泵浦第一增益光纤6。
光纤光栅7的设置可以实现较短增益光纤对种子光的二次放大，增加种子光与增益光纤作用距离，且光纤光栅7完全透射泵浦光波段，第一增益光纤6中剩余的泵浦光通过光纤光栅7注入到第二增益光纤8中，用于泵浦第二增益光纤8；相应的，第二增益光纤8中剩余的泵浦光通过光纤光栅7注入到第一增益光纤6中，用于泵浦第一增益光纤6。本发明的光纤激光器，利用较短的增益光纤实现对种子光的有效放大，能有效抑制光纤激光器中的ASE效应和非线性效应，通过对泵浦光的循环利用，提高了泵浦效率。
如图3所示的实施例2，是作为本发明的一种简单实现形式。与实施例1相比，实施例2只需用一个增益光纤进行光放大，即光纤光栅7后不再熔接第二增益光纤8、第二合束器9、第二环形器10和第二泵浦源11等器件。而是将光纤光栅7的输出端熔接到第一合束器5的另一泵浦输入端，第一增益光纤6未完全吸收的泵浦光经光纤光栅7后直接输出到第一合束器5的泵浦光输入端，由第一合束器5耦合到第一增益光纤6中实现泵浦光的循环利用。
具体工作原理为：种子源1输出的种子光经隔离器2后输入到第一环形器4的第1端口，经第一环形器4的第2端口输出到第一合束器5的种子光输入端，第一合束器5将种子光、泵浦源3的泵浦光以及循环利用的泵浦光耦合到第一增益光纤6中进行种子光放大。种子光经第一增益光纤6第一次放大后，被光纤光栅7反射回第一增益光纤6进行第二次放大。经第一环形器4的第3端口熔接输出准直器12，第一增益光纤6二次放大后的种子光由第一环形器4的第3端口输出到输出准直器，最终由输出准直器输出放大后的种子光。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器，其特征在于，包括：
依次连接的种子源、隔离器、第一环形器、第一合束器、第一增益光纤、光纤光栅、第二增益光纤、第二合束器、第二环形器，还包括第一泵浦源、第二泵浦源和输出准直器；
光纤光栅为全反射光栅，中心波长与种子光波长一致，设置于第一增益光纤和第二增益光纤之间；
第一泵浦源的输出与第一合束器的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中，第二泵浦源的输出与第二合束器的泵浦光输入端相熔接，将泵浦光耦合到光路中；
第一环形器的1端口与隔离器输出端相熔接，第一环形器的第2端口与第一合束器的种子光输入端相熔接，第一环形器的第3端口和第二环形器的第1端口相熔接，第二环形器的第2端口与第二合束器的种子光输入端相熔接，第二环形器的第3端口与输出准直器相熔接。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一环形器、第一合束器、第一增益光纤依次连接分别与依次连接的第二增益光纤、第二合束器、第二环形器关于光纤光栅对称设置。
3.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一环形器设置于第一合束器之前，用于将第一增益光纤放大后的种子光输出到第二增益光纤的放大光路中，第二环形器设置于第二合束器之后，用于将第二增益光纤放大后的种子光输出到输出准直器。
4.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一泵浦源、第二泵浦源均为光纤耦合半导体激光器，泵浦方式为包层泵浦或纤芯泵浦。
5.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一合束器、第二合束器为光纤N×1泵浦合束器或波分复用器。
6.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤、第二增益光纤为为纤芯掺杂稀土离子的双包层光纤或单包层光纤。
7.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤、第二增益光纤为光子晶体光纤或其他特种有源光纤。
8.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述输出准直器用于输出放大后的种子光。
9.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤、第二增益光纤的增益波段覆盖所述种子源的波长。
10.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤、第二增益光纤的吸收波段覆盖所述第一泵浦源、第二泵浦源的波长。
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| CN202211555927.2A CN115912027A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器 |
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| CN202211555927.2A CN115912027A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器 |
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| CN202211555927.2A Pending CN115912027A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种高泵浦效率低非线性效应的光纤激光器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117353141A (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-05 | 上海频准激光科技有限公司 | 抑制放大边缘波长时的自激振荡的光纤放大器和放大方法 |
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2022
- 2022-12-06 CN CN202211555927.2A patent/CN115912027A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117353141A (zh) * | 2023-11-02 | 2024-01-05 | 上海频准激光科技有限公司 | 抑制放大边缘波长时的自激振荡的光纤放大器和放大方法 |
| CN117353141B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-04-16 | 上海频准激光科技有限公司 | 抑制放大边缘波长时的自激振荡的光纤放大器和放大方法 |
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