CN117353141A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制放大边缘波长时的自激振荡的光纤放大器，包括：光信号发生器，用于发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光；泵浦光源，用于发出预设波长的泵浦光；辅助光信号发生器，用于发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光；稀土掺杂增益光纤，用于接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光；光信号输出模块，用于传输放大后的种子光；其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频移。本发明还包括对应光信号放大器的光信号放大方法。本发明提供了一种能够有效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。
Description
技术领域
本发明属于光信号处理领域，尤其涉及一种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。
背景技术
利用非线性光学光纤激光放大器是获得高功率光纤激光输出的通常手段。在非线性光学光纤中传输高光密度光时，利用光的受激拉曼散射(Stimulated RamanScattering，SRS)等原理对信号光进行放大。稀土掺杂增益光纤是最常见的的激光放大器之一，其以稀土离子作为增益介质，在激光加工、激光测距、激光雷达等领域有重要应用。
而当待放大种子光波长与稀土掺杂增益光纤增益中心波长相差较大时会产生自发辐射现象，随着泵浦功率的提高，自发辐射不断增强，最终产生自激振荡。自激振荡不仅会因自激振荡消耗介质中的反转粒子数而降低主光路光束的放大倍数，而且自激振荡光束会聚产生的高能量密度有可能对光学元件造成破坏性损伤，自激振荡是目前影响稀土掺杂增益光纤稳定性、转化效率、输出功率的最主要因素之一，因此，分析与抑制放大器内有可能形成的自激振荡，是安全运行的关键。
基于以上，本申请提供了解决以上技术问题的技术方案。
发明内容
针对现有技术中放大边缘波长激光时，自激振荡现象影响光纤放大器性能的场景，本发明提供了一种抑制增益边缘波长的自激振荡的光纤放大器，包括：
光信号发生器，用于发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光；
泵浦光源，用于发出预设波长的泵浦光；
辅助光信号发生器，用于发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光；
稀土掺杂增益光纤，用于接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光，并放大第一种子光；
光信号输出模块，用于输出稀土掺杂增益光纤放大后的种子光；
其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频率变化数值，第二种子光更接近所述稀土掺杂增益光纤的中心增益波长。
在本发明的一个具体实施方式中，所述光信号发生器与辅助光信号发生器分别位于所述稀土掺杂增益光纤的两侧，第一种子光与第二种子光的传输方向相反。
在本发明的一个具体实施方式中，还包括波分复用模块，波分复用模块中包括若干个波分复用器，用于将若干个不同波长的输入光信号耦合到所述稀土掺杂增益光纤中。
在本发明的一个具体实施方式中，所述稀土掺杂增益光纤为掺镱光纤。
在本发明的一个具体实施方式中，泵浦光的预设波长为976nm，第一种子光波长为1130nm，第二种子光波长为1076.5nm。
在本发明的一个具体实施方式中，第一种子光的功率为10mW，第二种子光的功率为5mW。
在本发明的一个具体实施方式中，所述稀土掺杂增益光纤为掺铥光纤。
在本发明的一个具体实施方式中，泵浦光的预设波长为1560nm，第一种子光波长为2000nm，第二种子光波长为1838.1nm。
在本发明的一个具体实施方式中，第一种子光的功率为20mW，第二种子光的功率为10mW。
本发明还提供一种抑制放大边缘波长时的自激振荡的光信号放大方法，其特征在于，包括：
步骤S1、光信号发生器发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光；辅助光信号发生器发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光；
步骤S2、泵浦光源发出预设波长的泵浦光；
步骤S3、稀土掺杂增益光纤接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光，并放大第一种子光；
步骤S4、输出稀土掺杂增益光纤放大后的种子光；
其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频率变化数值，第二种子光更接近所述稀土掺杂增益光纤的中心增益波长。
本发明的方案引入了第二种子光，第二种子光的波长更接近稀土掺杂增益光纤的中心增益波长，不仅能够抑制待放大波长的自激振荡，还能够通过拉曼效应转化为第一种子光，在有效抑制自激振荡的基础上，激光放大效果更好。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为本发明一种增益边缘波长的自激振荡的光信号放大器结构示意图；
图2为掺镱光纤吸收和发射有效截面示意图；
图3为掺铥光纤吸收和发射有效截面示意图；
图4为一种增益边缘波长的自激振荡的光信号放大方法步骤示意图。
具体实施方式
以下对本发明的各个方面进行进一步详述。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。
以下对术语进行说明。
除非另有明确的规定和限定，本发明中所述的“或”，包含了“和”的关系。所述“和”相当于布尔逻辑运算符“AND”，所述“或”相当于布尔逻辑运算符“OR”，而“AND”是“OR”的子集。
可以理解到，尽管术语“第一”、“第二”等等可以在此用来说明不同的元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅仅用来将一个元件与另一个元件区分开。因此，第一元件可以被称为第二元件，而不背离本发明构思的教导。
本发明中，术语“含有”、“包含”或“包括”表示各种成分可一起应用于本发明的混合物或组合物中。因此，术语“主要由...组成”包含在术语“含有”、“包含”或“包括”中。
除非另有明确的规定和限定，本发明的术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
例如，如果一个元件(或部件)被称为在另一个元件上、与另一个元件耦合或者与另一个元件连接，那么所述一个元件可以直接地在所述另一个元件上形成、与之耦合或者与之连接，或者在它们之间可以有一个或多个介于中间的元件。相反，如果在此使用表述“直接在......上”、“直接与......耦合”和“直接与......连接”，那么表示没有介于中间的元件。用来说明元件之间的关系的其他词语应该被类似地解释，例如“在......之间”和“直接在......之间”、“附着”和“直接附着”、“相邻”和“直接相邻”等等。
另外需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。可以理解到，在此，这些术语用来描述如在附图中所示的一个元件、层或区域相对于另一个元件、层或区域的关系。除了在附图中描述的取向之外，这些术语应该也包含装置的其他取向。
本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。例如，在附图中的元件的厚度可以为了清楚性起见而被夸张。
术语说明：
中心增益波长：稀土掺杂增益光纤拉曼增益谱中峰值对应的波长。
边缘波长：种子光的波长与稀土掺杂增益光纤的中心增益波长差值较大，此时种子光称为边缘波长光。
实施例一
针对现有技术中自激振荡影响光纤放大器性能的缺陷，参见附图1，本发明提供了一种抑制增益边缘波长的自激振荡的光纤放大器，包括：
光信号发生器1，用于发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光。
具体的，第一种子光为激光。
泵浦光源3，用于发出预设波长的泵浦光。
具体的，泵浦光是可以把发光原子或分子提升升到高能级的光。
辅助光信号发生器2，用于发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光，其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频率变化数值，且第二种子光波长更接近稀土掺杂增益光纤的中心增益波长。
由此，第二种子光能够通过拉曼效应经过稀土掺杂增益光纤转化为第一种子光，不仅抑制了自激振荡，还进一步提升了稀土掺杂增益光纤的放大效果。
在实际运用中，若第二种子光功率过高，将影响第一种子光被稀土掺杂增益光纤4放大的性能，因此应当适当限制第二种子光的功率，令第二种子光的功率低于第一种子光的功率。优选的，第二种子光的功率为第一种子光的功率的一半。
具体的，第二种子光为激光。
稀土掺杂增益光纤4，用于接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光，并放大第一种子光。
在一个优选的实施例中，所述稀土掺杂增益光纤4为掺镱光纤，参见附图2，附图2示出了掺镱光纤吸收和发射有效截面，其中虚线表示吸收关系曲线，实线表示发射关系曲线。泵浦光的预设波长为976nm，该泵浦光波长是由掺镱光纤的吸收发射谱所决定的。第一种子光波长为1130nm，第二种子光波长为1076.5nm。
在一个优选的实施例中，第一种子光的功率为20mW，第二种子光的功率为10mW。
经过试验可知，若仅输入20mW的第一种子光，未输入辅助种子光，放大后的种子光仅为3W，信噪比为30dB。若输入10mW的第二种子光作为辅助放大机制，放大后的种子光功率能够达到5W，且信噪比更高，能够达到43dB。
在一个优选的实施例中，掺镱光纤选用LMA-YDF-10/125-9M，长度5m。
在另一个优选的实施例中，所述稀土掺杂增益光纤4为掺铥光纤，参见附图3，附图3示出了掺铥光纤吸收和发射有效截面，泵浦光的预设波长为1560nm，该泵浦光波长是由掺铥光纤的吸收发射谱所决定的。第一种子光波长为2000nm，第二种子光波长为1838.1nm。
在一个优选的实施例中，第一种子光的功率为10mW，第二种子光的功率为5mW。
经过试验可知，若仅输入10mW的第一种子光，未输入辅助种子光，放大后的种子光仅为3W，信噪比为40dB。若输入5mW的第二种子光作为辅助，放大后的种子光功率能够达到4W，且信噪比更高，能够达到55dB。
在一个优选的实施例中，掺铥光纤选用SM-TDF-10P/130，长度6m。
光信号输出模块，用于输出稀土掺杂增益光纤放大后的种子光。
上述种子光功率示例仅为示例，包括但不限于的数值，只要不对本发明的发明目的产生限制任何形式的增加或删减都应当被包含在本发明的主旨内。
在一个优选的实施例中，所述光信号发生器与辅助光信号发生器分别位于所述稀土掺杂增益光纤的两侧，第一种子光与第二种子光的传输方向相反。
在一个优选的实施例中，还包括波分复用模块，波分复用模块中包括若干个波分复用器，用于将若干个不同波长的输入光信号耦合到所述稀土掺杂增益光纤中。例如，波分复用模块包括两个不同的波分复用器，第一波分复用器用于将第一种子光与泵浦光耦合到所述稀土掺杂增益光纤中，第二波分复用器用于将第二种子光耦合到所述稀土掺杂增益光纤中。
本实施例的方案引入了第二种子光，第二种子光的波长更接近稀土掺杂增益光纤的中心增益波长，不仅能够抑制待放大波长的自激振荡，还能够通过拉曼效应转化为第一种子光，在有效抑制自激振荡的基础上，激光放大效果更好。
实施例二
参见图4，为本发明的另一个具体实施方式的一种增益边缘波长的自激振荡的光信号放大方法的示意图。
本发明还提供一种抑制放大边缘波长时的自激振荡的光信号放大方法，其特征在于，包括：
步骤S1、光信号发生器发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光；辅助光信号发生器发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光；
步骤S2、泵浦光源发出预设波长的泵浦光；
步骤S3、稀土掺杂增益光纤接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光；
步骤S4、输出稀土掺杂增益光纤放大后的种子光；
其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频率变化数值，第二种子光更接近所述稀土掺杂增益光纤的中心增益波长，第二种子光的功率低于第一种子光的功率。
需要注意的是，本发明的每个具体实施方式的单个或多个技术特征可以和其他实施方式的单个或多个技术特征进行组合，这些组合都属于本发明的保护范围。
综上，本发明获得了如下效果：
本发明的方案通过引入第二种子光，该第二种子光的波长更接近稀土掺杂增益光纤的中心增益波长，不仅能够抑制待放大波长的自激振荡，还能够通过拉曼效应转化为第一种子光，在有效抑制自激振荡的基础上，激光放大效果更好。
基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种抑制放大边缘波长时的自激振荡的光纤放大器，其特征在于，包括：
光信号发生器，用于发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光；
泵浦光源，用于发出预设波长的泵浦光；
辅助光信号发生器，用于发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光；
稀土掺杂增益光纤，用于接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光，并放大第一种子光；
光信号输出模块，用于输出稀土掺杂增益光纤放大后的种子光；
其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频率变化数值，第二种子光更接近所述稀土掺杂增益光纤的中心增益波长。
2.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述光信号发生器与辅助光信号发生器分别位于所述稀土掺杂增益光纤的两侧，第一种子光与第二种子光的光传输方向相反。
3.根据权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于，还包括波分复用模块，波分复用模块中包括若干个波分复用器，用于将若干个不同波长的输入光信号耦合到所述稀土掺杂增益光纤中。
4.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于，所述稀土掺杂增益光纤为掺镱光纤。
5.根据权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：
泵浦光的预设波长为976nm，第一种子光波长为1130nm，第二种子光波长为1076.5nm。
6.根据权利要求5所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：
第一种子光的功率为10mW，第二种子光的功率为5mW。
7.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于，所述稀土掺杂增益光纤为掺铥光纤。
8.根据权利要求7所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：
泵浦光的预设波长为1560nm，第一种子光波长为2000nm，第二种子光波长为1838.1nm。
9.根据权利要求8所述的光纤放大器，其特征在于，还包括：
第一种子光的功率为20mW，第二种子光的功率为10mW。
10.一种抑制放大边缘波长时的自激振荡的光信号放大方法，其特征在于，包括：
步骤S1、光信号发生器发出预设波长的第一种子光，第一种子光为待放大种子光；辅助光信号发生器发出预设波长的第二种子光，第二种子光为辅助种子光；
步骤S2、泵浦光源发出预设波长的泵浦光；
步骤S3、稀土掺杂增益光纤接收第一种子光、第二种子光和所述泵浦光，并放大第一种子光；
步骤S4、输出稀土掺杂增益光纤放大后的种子光；
其中，第二种子光与第一种子光之间的频率差等于第二种子光发生拉曼效应时的频率变化数值，第二种子光更接近所述稀土掺杂增益光纤的中心增益波长。
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2023
- 2023-11-02 CN CN202311447561.1A patent/CN117353141B/zh active Active
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