CN116260031B - 一种泵浦共享型窄线宽光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
一种泵浦共享型窄线宽光纤激光器，包括前向泵浦源、前向泵浦合束器、高反光栅、第一掺镱双包层光纤、低反光栅、第二掺镱双包层光纤、后向泵浦信号合束器、后向泵浦源、包层光滤除器和QBH光纤；所述高反光栅的中心波长为λ1，所述前向泵浦源的功率为P1，所述高反光栅的漂移量为δn，所述高反光栅的13dB带宽上限为λ2、对应的频率为W1，所述低反光栅的中心波长为λ3、对应的频率为W2，所述低反光栅的3dB带宽为λ4，且变量满足以下关系：λ3‑λ4≤λ1+P1*δn≤λ3+λ4，W2‑W1≤10GHz；由此，本发明通过降低光纤光栅对引起的受激布里渊散射反馈，消除受激布里渊散射引起受激拉曼散射，实现高功率、高光束质量窄线宽激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体地为一种泵浦共享型窄线宽光纤激光器。
背景技术
光纤激光具有高效率、高光束质量、高紧凑度等优点，被广泛应用于现代高科技工业加工技术中。高功率窄线宽激光器在激光合成、倍频、激光通信等领域具有极大的应用前景。相比于单频激光调制技术，基于光纤光栅实现窄线宽激光输出，可以大幅度降低系统结构复杂度，提升系统稳定性。由于光纤光栅通常是处于少模运转状态，为了进一步压窄线宽，需要缩短谐振腔的长度，这导致谐振腔种子的泵浦吸收不足，降低了种子光的输出功率，有可能引起放大自发辐射和模式不稳定效应。为解决以上问题，泵浦共享型窄线宽光纤激光器应运而生。泵浦共享型窄线宽光纤激光器由振荡级和放大级组成，两者共享泵浦功率，有效缩短了所用振荡级的增益光纤长度，提升了非线性阈值，抑制了光谱展宽，是实现窄线宽光纤激光输出的有效方案。然而，泵浦共享型窄线宽激光器也存在多方面问题，随着功率提升，泵浦共享型窄线宽光纤激光器出现了很强的一级拉曼和长波超连续谱，导致光束质量恶化。而泵浦共享型窄线宽激光器由于需要保证泵浦光在振荡级和放大级之间传输，不能在振荡级和放大级之间加入隔离器，因此无法阻止非线性效应波长在振荡级和放大级之间来回振荡，导致其非线性阈值进一步降低，因此需要一种抑制非线性效应的泵浦共享型窄线宽光纤激光器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种泵浦共享型窄线宽光纤激光器，通过配置高反光栅和低反光栅的参数，降低光纤光栅对引起的受激布里渊散射反馈，消除受激布里渊散射引起的受激拉曼散射，实现高功率高光束质量窄线宽激光输出。
本发明所要解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种泵浦共享型窄线宽光纤激光器，包括前向泵浦源、前向泵浦合束器、高反光栅、第一掺镱双包层光纤、低反光栅、第二掺镱双包层光纤、后向泵浦信号合束器、后向泵浦源、包层光滤除器和QBH光纤；
所述前向泵浦源的输出光纤与所述前向泵浦合束器的泵浦光纤熔接，所述前向泵浦合束器的输出光纤与所述高反光栅的输入光纤熔接，所述高反光栅的输出光纤与所述第一掺镱双包层光纤的输入端熔接，所述第一掺镱双包层光纤的输出端与所述低反光栅的输入光纤熔接，所述低反光栅的输出光纤与所述第二掺镱双包层光纤的输入端熔接，所述第二掺镱双包层光纤的输出端与所述后向泵浦信号合束器的输出端熔接，所述后向泵浦信号合束器的信号光纤与所述包层光滤除器的输入光纤熔接，所述后向泵浦源的输出光纤与所述后向泵浦信号合束器的泵浦光纤熔接，所述包层光滤除器的输出光纤与所述QBH光纤的输入端熔接；
所述高反光栅的中心波长为λ1，所述前向泵浦源的功率为P1，所述高反光栅的漂移量为δn，所述高反光栅的13dB带宽上限为λ2、对应的频率为W1，所述低反光栅的中心波长为λ3、对应的频率为W2，所述低反光栅的3dB带宽为λ4，且变量满足以下关系：λ3-λ4≤λ1+P1*δn≤λ3+λ4，W2-W1≤10GHz。
在一个实施方式中，所述前向泵浦合束器的输出光纤、所述高反光栅的输入光纤和输出光纤、所述第一掺镱双包层光纤、所述低反光栅的输入光纤和输出光纤、所述第二掺镱双包层光纤、所述后向泵浦信号合束器的输出光纤和信号光纤、所述包层光滤除器的输入光纤和输出光纤、所述QBH光纤均为双包层光纤。
在一个实施方式中，所述前向泵浦合束器的输出光纤、所述高反光栅的输入光纤和输出光纤、所述第一掺镱双包层光纤、所述低反光栅的输入光纤和输出光纤、所述第二掺镱双包层光纤、所述后向泵浦信号合束器的输出光纤和信号光纤、所述包层光滤除器的输入光纤和输出光纤、所述QBH光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、包层直径、包层数值孔径对应均相等。
在一个实施方式中，所述前向泵浦合束器的输出光纤、所述高反光栅的输入光纤和输出光纤、所述第一掺镱双包层光纤、所述低反光栅的输入光纤和输出光纤、所述第二掺镱双包层光纤、所述后向泵浦信号合束器的输出光纤和信号光纤、所述包层光滤除器的输入光纤和输出光纤、所述QBH光纤的纤芯直径均为14~30μm，纤芯数值孔径均为0.065~0.075，包层直径均为250~400μm，包层数值孔径均为0.44~0.46。
在一个实施方式中，所述前向泵浦源的输出光纤、前向泵浦合束器的泵浦光纤、后向泵浦源的输出光纤、后向泵浦信号合束器的泵浦光纤均为单包层光纤。
在一个实施方式中，所述前向泵浦源的输出光纤、前向泵浦合束器的泵浦光纤、后向泵浦源的输出光纤、后向泵浦信号合束器的泵浦光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径对应并均相等。
在一个实施方式中，所述前向泵浦源的输出光纤、前向泵浦合束器的泵浦光纤、后向泵浦源的输出光纤、后向泵浦信号合束器的泵浦光纤的纤芯直径均为105~220μm，纤芯数值孔径均为NA=0.12~0.22。
在一个实施方式中，所述高反光栅在中心波长的反射率大于99%，所述低反光栅在中心波长的反射率为10%~15%。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过降低光纤光栅对引起的受激布里渊散射反馈，消除受激布里渊散射引起受激拉曼散射，避免了一级拉曼光和长波超连续谱的产生，实现高功率、高光束质量窄线宽激光输出。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的泵浦共享型窄线宽光纤激光器的输出光谱图。
图3为常规方案的泵浦共享型窄线宽光纤激光器的输出光谱图；
图4为本发明实施例1的泵浦共享型窄线宽光纤激光器的输出光束质量图；
图5为常规方案的泵浦共享型窄线宽光纤激光器的输出光束质量图。
图中：1、包括前向泵浦源，2、前向泵浦合束器，3、高反光栅，4、第一掺镱双包层光纤，5、低反光栅，6、第二掺镱双包层光纤，7、后向泵浦信号合束器，8、后向泵浦源，9、包层光滤除器，10、QBH光纤。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1所示，本实施例包括前向泵浦源1、前向泵浦合束器2、高反光栅3、第一掺镱双包层光纤4、低反光栅5、第二掺镱双包层光纤6、后向泵浦信号合束器7、后向泵浦源8、包层光滤除器9和QBH光纤10；其中，前向泵浦源1的输出光纤与前向泵浦合束器2的泵浦光纤熔接，前向泵浦合束器2的输出光纤与高反光栅3的输入光纤熔接，高反光栅3的输出光纤与第一掺镱双包层光纤4的输入端熔接，第一掺镱双包层光纤4的输出端与低反光栅5的输入光纤熔接，低反光栅5的输出光纤与第二掺镱双包层光纤6的输入端熔接，第二掺镱双包层光纤6的输出端与后向泵浦信号合束器7的输出端熔接，后向泵浦信号合束器7的信号光纤与包层光滤除器9的输入光纤熔接，后向泵浦源8的输出光纤与后向泵浦信号合束器7的泵浦光纤熔接，包层光滤除器9的输出光纤与QBH光纤10的输入端熔接；
在本实施例中，高反光栅3的中心波长为λ1=1064.49nm，前向泵浦源1的功率为P1=1kW，后向泵浦源的功率为3kW，高反光栅3的漂移量为δn=1nm/kW，高反光栅3的13dB带宽上限为λ2=1064.53nm、对应的频率为W1=281535GHz，所述低反光栅5的中心波长为λ3=1064.51nm、对应的频率为W2=281540GHz，低反光栅5的3dB带宽为λ4=2nm，且变量满足以下关系：λ3-λ4≤λ1+ P1*δn≤λ3+λ4，W2-W1≤10GHz，从而通过降低光栅对引起的受激布里渊散射反馈，消除受激布里渊散射引起受激拉曼散射，实现高功率窄线宽激光输出。
此外，高反光栅3在中心波长的反射率大于99%，低反光栅5在中心波长的反射率为10%。
前向泵浦合束器2的输出光纤、高反光栅3的输入光纤和输出光纤、第一掺镱双包层光纤4、低反光栅5的输入光纤和输出光纤、第二掺镱双包层光纤6、所述后向泵浦信号合束器7的输出光纤和信号光纤、包层光滤除器9的输入光纤和输出光纤、QBH光纤10均为双包层光纤；且前向泵浦合束器2的输出光纤、高反光栅3的输入光纤和输出光纤、第一掺镱双包层光纤4、低反光栅5的输入光纤和输出光纤、第二掺镱双包层光纤6、所述后向泵浦信号合束器7的输出光纤和信号光纤、包层光滤除器9的输入光纤和输出光纤、QBH光纤10均为双包层光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、包层直径、包层数值孔径对应均相等。
具体地，前向泵浦合束器2的输出光纤、高反光栅3的输入光纤和输出光纤、第一掺镱双包层光纤4、低反光栅5的输入光纤和输出光纤、第二掺镱双包层光纤6、后向泵浦信号合束器7的输出光纤和信号光纤、包层光滤除器9的输入光纤和输出光纤、QBH光纤10的纤芯直径均为20μm，纤芯数值孔径均为0.065，包层直径均为400μm，包层数值孔径均为0.46。
前向泵浦源1的输出光纤、前向泵浦合束器2的泵浦光纤、后向泵浦源8的输出光纤、后向泵浦信号合束器7的泵浦光纤均为单包层光纤；且前向泵浦源1的输出光纤、前向泵浦合束器2的泵浦光纤、后向泵浦源8的输出光纤、后向泵浦信号合束器7的泵浦光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径对应并均相等；具体地，前向泵浦源1的输出光纤、前向泵浦合束器2的泵浦光纤、后向泵浦源8的输出光纤、后向泵浦信号合束器7的泵浦光纤的纤芯直径为220μm，纤芯数值孔径NA=0.12~0.22。
如图2-3所示，在达到3kW量级时，本实施例的输出光谱纯净，一级拉曼光强度比信号光主峰强度低35dB，且没有长波超连续谱出现，而常规方案（不满足本实施例方案参数）的光谱中包含明显的一级受激拉曼散射接近20dB，且包含明显的长波超连续谱。
如图4-5所示，在达到3kW量级时，本实施例的光束质量可以保持在M2=1.35以下，而常规方案的光束质量已达到M2=2.25，光束质量退化严重。
通过与现有技术相比，本实施例降低了光纤光栅对引起的受激布里渊散射反馈，消除了受激布里渊散射引起受激拉曼散射，避免了光束质量退化，更适合实现高功率、高光束质量窄线宽激光输出。
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技术方案进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述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同等替换；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与范围。
Claims (8)
1.一种泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：包括前向泵浦源（1）、前向泵浦合束器（2）、高反光栅（3）、第一掺镱双包层光纤（4）、低反光栅（5）、第二掺镱双包层光纤（6）、后向泵浦信号合束器（7）、后向泵浦源（8）、包层光滤除器（9）和QBH光纤（10）；
所述前向泵浦源（1）的输出光纤与所述前向泵浦合束器（2）的泵浦光纤熔接，所述前向泵浦合束器（2）的输出光纤与所述高反光栅（3）的输入光纤熔接，所述高反光栅（3）的输出光纤与所述第一掺镱双包层光纤（4）的输入端熔接，所述第一掺镱双包层光纤（4）的输出端与所述低反光栅（5）的输入光纤熔接，所述低反光栅（5）的输出光纤与所述第二掺镱双包层光纤（6）的输入端熔接，所述第二掺镱双包层光纤（6）的输出端与所述后向泵浦信号合束器（7）的输出端熔接，所述后向泵浦信号合束器（7）的信号光纤与所述包层光滤除器（9）的输入光纤熔接，所述后向泵浦源（8）的输出光纤与所述后向泵浦信号合束器（7）的泵浦光纤熔接，所述包层光滤除器（9）的输出光纤与所述QBH光纤（10）的输入端熔接；
所述高反光栅（3）的中心波长为λ1，所述前向泵浦源（1）的功率为P1，所述高反光栅（3）的漂移量为δn，所述高反光栅（3）的13dB带宽上限为λ2、对应的频率为W1，所述低反光栅（5）的中心波长为λ3、对应的频率为W2，所述低反光栅（5）的3dB带宽为λ4，且变量满足以下关系：λ3-λ4≤λ1+ P1*δn≤λ3+λ4，W2-W1≤10GHz。
2.根据权利要求1所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述前向泵浦合束器（2）的输出光纤、所述高反光栅（3）的输入光纤和输出光纤、所述第一掺镱双包层光纤（4）、所述低反光栅（5）的输入光纤和输出光纤、所述第二掺镱双包层光纤（6）、所述后向泵浦信号合束器（7）的输出光纤和信号光纤、所述包层光滤除器（9）的输入光纤和输出光纤、所述QBH光纤（10）均为双包层光纤。
3.根据权利要求2所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述前向泵浦合束器（2）的输出光纤、所述高反光栅（3）的输入光纤和输出光纤、所述第一掺镱双包层光纤（4）、所述低反光栅（5）的输入光纤和输出光纤、所述第二掺镱双包层光纤（6）、所述后向泵浦信号合束器（7）的输出光纤和信号光纤、所述包层光滤除器（9）的输入光纤和输出光纤、所述QBH光纤（10）的纤芯直径、纤芯数值孔径、包层直径、包层数值孔径对应均相等。
4.根据权利要求3所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述前向泵浦合束器（2）的输出光纤、所述高反光栅（3）的输入光纤和输出光纤、所述第一掺镱双包层光纤（4）、所述低反光栅（5）的输入光纤和输出光纤、所述第二掺镱双包层光纤（6）、所述后向泵浦信号合束器（7）的输出光纤和信号光纤、所述包层光滤除器（9）的输入光纤和输出光纤、所述QBH光纤（10）的纤芯直径均为14~30μm，纤芯数值孔径均为0.065~0.075，包层直径均为250~400μm，包层数值孔径均为0.44~0.46。
5.根据权利要求4所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述前向泵浦源（1）的输出光纤、前向泵浦合束器（2）的泵浦光纤、后向泵浦源（8）的输出光纤、后向泵浦信号合束器（7）的泵浦光纤均为单包层光纤。
6.根据权利要求5所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述前向泵浦源（1）的输出光纤、前向泵浦合束器（2）的泵浦光纤、后向泵浦源（8）的输出光纤、后向泵浦信号合束器（7）的泵浦光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径对应并均相等。
7.根据权利要求6所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述前向泵浦源（1）的输出光纤、前向泵浦合束器（2）的泵浦光纤、后向泵浦源（8）的输出光纤、后向泵浦信号合束器（7）的泵浦光纤的纤芯直径均为105~220μm，纤芯数值孔径均为NA=0.12~0.22。
8.根据权利要求7所述的泵浦共享型窄线宽光纤激光器，其特征在于：所述高反光栅（3）在中心波长的反射率大于99%，所述低反光栅（5）在中心波长的反射率为10%~15%。
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| YushengHuang 等."2.19 kW narrow linewidth FBG-based MOPA configuration fiber laser".《Optics Express》.2019,第27卷(第3期),3136-3145页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116260031A (zh) | 2023-06-13 |
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