CN204732669U - 一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，使用电光调制器和波形发生器对连续单频激光进行腔外调制，调制后的脉冲激光采用多级MOPA放大结构放大，在主放大级采用大模场双包层掺镱光纤，最后得到了单脉冲能量mJ量级的高能量单频纳秒脉冲激光输出。本实用新型的有益效果：采用电光调制器和波形发生器对连续单频激光进行调制，可得到任意脉冲宽度和重复频率的脉冲激光；采用的是全光纤放大结构，使整个放大系统结构变得简单紧凑、稳定性好，由于是全光纤结构，使得散热效果好；主功率放大光纤采用高吸收大模场双包层掺镱光纤，通过盘绕得到光束质量好、高能量的单频脉冲激光输出；通过泵浦剥除将多余泵浦光剥除，使输出激光中不包含泵浦光。

Description

一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，具体涉及一种单频脉纳秒冲全光纤激光放大装置。

背景技术

高能量单频脉冲激光在相干合成、非线性频率变换、激光雷达、激光探测等科学研究和应用领域都具有广阔的前景，是目前激光技术一个重要的研究方向。在以上实际应用中，全光纤高能量单频脉冲激光器由于全光纤结构具有结构简单、紧凑、稳定、散热性好等优点而展现出更好的应用潜力。

单频光纤激光器以其优良的单色性能、窄线宽、相干性好等优点在光纤通信系统，光纤传感器，高灵敏度干涉仪、高精度光谱仪、相干合成、激光测距、激光雷达，频率变换等领域有着广泛的应用。但单频激光器由于受其获得方式的限制使得其输出功率较低，并不能满足实际应用。随着掺杂光纤的问世使光纤放大器有了迅速发展，大芯径双包层掺杂光纤和商用半导体激光的普及以及包层泵浦技术的发展使得光纤放大器的输出功率迅速提升，再加上各种光无源器件的关键技术的突破，例如：能承受高功率的合束器的商品化、光纤熔接点的处理等，使得基于主振荡功率放大(MOPA)结构的高功率全光纤激光器迅速发展，所以这种基于全光纤MOPA放大结构对单频纳秒脉冲激光放大具有很好的优势，例如：放大系统易于集成、结构紧凑小巧、操作简单等。

实用新型内容

针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种结构紧凑、稳定性好的高能量的单频脉冲激光器。

为实现上述目的，本实用新型提供一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，单频激光器的一端接电光调制器的第一端，所述电光调制器的第二端接波形发生器，所述电光调制器的第三端接第一波分复用器的第一端，所述第一波分复用器的第二端接第一光纤激光器，所述第一波分复用器的第三端接第一单模掺镱光纤的一端，所述第一单模掺镱光纤的另一端接第一滤波器的输入端，所述第一滤波器的输出端接第二波分复用器的第一端，所述第二波 分复用器的第二端接第二光纤激光器，所述第二波分复用器的第三端接第二单模掺镱光纤的一端，所述第二单模掺镱光纤的另一端接第二滤波器的输入端，所述第二滤波器的输出端接第一隔离器的一端，所述第一隔离器的另一端接(2+1)×1合束器的单模光纤的一端，所述(2+1)×1合束器的一多模光纤的一端接第一半导体激光器，所述(2+1)×1合束器的单模光纤的另一端接第一双包层掺镱光纤的一端，所述第一双包层掺镱光纤的另一端接第一泵浦剥除的输入端，第一泵浦剥除的输出端接第二隔离器的一端，所述第二隔离器的另一端接(6+1)×1合束器的单模光纤的一端，所述(6+1)×1合束器的六根多模光纤的一端均接有第二半导体激光器，所述(6+1)×1合束器的单模光纤的另一端接第二双包层掺镱光纤的一端，所述第二双包层掺镱光纤的另一端接第二泵浦剥除的输入端；

单频连续激光通过所述波形发生器和所述电光调制器的调制作用形成单频脉冲激光，单频脉冲激光通过所述第一波分复用器耦合进入所述第一单模掺镱光纤由所述第一光纤激光器进行泵浦放大，单频脉冲激光经过所述第一滤波器通过所述第二波分复用器耦合进入所述第二单模掺镱光纤，由所述第二光纤激光器进行泵浦再次放大，单频脉冲激光经过所述第二滤波器和所述第一隔离器通过所述(2+1)×1合束器耦合进入所述第一双包层掺镱光纤，由所述第一半导体激光器进行泵浦放大，单频脉冲激光通过所述第一泵浦剥除和所述第二隔离器，通过所述(6+1)×1合束器耦合进入所述第二双包层掺镱光纤，通过所述第二半导体激光器进行泵浦放大，最后放大的单频脉冲激光通过所述第二泵浦剥除输出。

作为本实用新型优选的，所述单频激光器的中心波长为1064nm，输出线宽为100kHz。

作为本实用新型优选的，所述第一光纤激光器和所述第二光纤激光器的中心波长均为976nm，最大输出功率为400mw。

作为本实用新型优选的，所述第一单模掺镱光纤和所述第二单模掺镱光纤的长度为1m，吸收系数为250dB/m，纤芯直径为6um。

作为本实用新型优选的，所述第一双包层掺镱光纤的长度为2.1m，纤芯 直径为10um、包层直径为130um。

作为本实用新型优选的，所述第二双包层掺镱光纤的长度为3.5m，纤芯直径为30um、包层直径为250um。

作为本实用新型优选的，所述第一半导体激光器(13)和所述第二半导体激光器(18)的中心波长均为976nm。

本实用新型的有益效果为：

1、采用电光调制器和波形发生器对连续单频激光进行调制，可以得到一定范围内的任意脉冲宽度和重复频率的脉冲激光；

2、采用的是全光纤放大结构，这样使得整个放大系统结构变得简单紧凑、稳定性好，由于是全光纤结构，使得散热效果很好；

3、主功率放大光纤采用高吸收大模场双包层掺镱光纤，通过一定的盘绕，得到了光束质量好、高能量的单频脉冲激光输出。

4、通过泵浦剥除，可将多余的泵浦光剥除，使输出激光中不包含泵浦光部分。

附图说明

图1为本实用新型一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置的结构图。

图中：1、单频激光器；2、波形发生器；3、电光调制器；4、第一光纤激光器；5、第一波分复用器；6、第一单模掺镱光纤；7、第一滤波器；8、第二光纤激光器；9、第二波分复用器；10、第二单模掺镱光纤；11、第二滤波器；12、第一隔离器；13、第一半导体激光器；14、(2+1)×1合束器；15、第一双包层掺镱光纤；16、第一泵浦剥除；17、第二隔离器；18、第二半导体激光器；19、(6+1)×1合束器；20、第二双包层掺镱光纤；21、第二泵浦剥除。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，单频激光器1的一端接电光调制器3的第一端，电光调制器3的第二端接波形发生器2，电光调制器3的第三端接第一波分复用器5的第一端，第一波分复用器5的第二端接第一光纤激光器4，第一波分复用器5的第三端接第一单模掺镱光纤6的一端，第一单模掺镱光纤6的另一端接第一滤波器7的输入端，第一滤波器7的输出端接第二波分复用器9的第一端，第二波分复用器9的第二端接第二光纤激光器8，第二波分复用器9的第三端接第二单 模掺镱光纤10的一端，第二单模掺镱光纤10的另一端接第二滤波器11的输入端，第二滤波器11的输出端接第一隔离器12的一端，第一隔离器12的另一端接(2+1)×1合束器14的单模光纤的一端，(2+1)×1合束器14的一多模光纤的一端接第一半导体激光器13，(2+1)×1合束器14的单模光纤的另一端接第一双包层掺镱光纤15的一端，第一双包层掺镱光纤15的另一端接第一泵浦剥除16的输入端，第一泵浦剥除16的输出端接第二隔离器17的一端，第二隔离器17的另一端接(6+1)×1合束器19的单模光纤的一端，(6+1)×1合束器19的六根多模光纤的一端均接有第二半导体激光器18，(6+1)×1合束器19的单模光纤的另一端接第二双包层掺镱光纤20的一端，第二双包层掺镱光纤20的另一端接第二泵浦剥除21的输入端。

波形调制器2能输出脉冲宽度和重复频率可调的任意脉冲序列。

电光调制器3可以对连续激光进行幅度调制，具有较快的响应时间，能调制纳秒脉冲。

第一泵浦剥除16和第二泵浦剥除21均为剥除放大光中残余的976nm泵浦光。

具体使用时：单频种子源采用线宽100kHz、中心波长1064nm的连续单频激光器1，通过电光调制器3和波形发生器2将连续单频激光调制成高斯形脉冲宽度10ns、重复频率分别为5kHz和10kHz，调制后的脉冲激光进入全光纤MOPA放大结构，第一级和第二级放大都采用单模掺镱光纤放大，两级放大的单模光纤都是为1m长，吸收系数为250dB/m，纤芯直径6um，泵浦源都是最大输出功率为400mw的976nm单模光纤激光器，通过第一波分复用器5和第二波分复用器9耦合进增益光纤；第一滤波器7和第二滤波器11都是为了滤除泵浦光和自发辐射光放大光(ASE)，第一隔离器12为了防止后面的反馈光对种子光造成影响，第三级放大采用包层放大，第一双包层掺镱光纤15采用长度为2.1m、纤芯直径为10um、包层直径为130um的双包层掺镱光纤，泵浦源采用中心波长为976nm的第一半导体激光器13，通过(2+1)×1合束器14耦合进增益光纤，脉冲激光第一泵浦剥除16和第二隔离器17是为了去除残余的976nm的泵浦光和防止光反馈，进入主放大级之前脉冲激光功率约为1w，主放大级采用长度为3.5m、纤芯直径为30um、包层直径为250um的第二双包层掺镱光纤20，采用(6+1)×1合束器19将中心波长为976nm的第二半导体激光器18耦合进增益光纤对信号脉冲激光进行放大，最后的单频 脉冲激光通过第二泵浦剥除21去除976nm泵浦光输出。在主放大级泵浦功率加到32w时，得到了单脉冲能量4.6mJ的单频纳秒脉冲激光输出。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：

单频激光器(1)的一端接电光调制器(3)的第一端，所述电光调制器(3)的第二端接波形发生器(2)，所述电光调制器(3)的第三端接第一波分复用器(5)的第一端，所述第一波分复用器(5)的第二端接第一光纤激光器(4)，所述第一波分复用器(5)的第三端接第一单模掺镱光纤(6)的一端，所述第一单模掺镱光纤(6)的另一端接第一滤波器(7)的输入端，所述第一滤波器(7)的输出端接第二波分复用器(9)的第一端，所述第二波分复用器(9)的第二端接第二光纤激光器(8)，所述第二波分复用器(9)的第三端接第二单模掺镱光纤(10)的一端，所述第二单模掺镱光纤(10)的另一端接第二滤波器(11)的输入端，所述第二滤波器(11)的输出端接第一隔离器(12)的一端，所述第一隔离器(12)的另一端接(2+1)×1合束器(14)的单模光纤的一端，所述(2+1)×1合束器(14)的一多模光纤的一端接第一半导体激光器(13)，所述(2+1)×1合束器(14)的单模光纤的另一端接第一双包层掺镱光纤(15)的一端，所述第一双包层掺镱光纤(15)的另一端接第一泵浦剥除(16)的输入端，第一泵浦剥除(16)的输出端接第二隔离器(17)的一端，所述第二隔离器(17)的另一端接(6+1)×1合束器(19)的单模光纤的一端，所述(6+1)×1合束器(19)的六根多模光纤的一端均接有第二半导体激光器(18)，所述(6+1)×1合束器(19)的单模光纤的另一端接第二双包层掺镱光纤(20)的一端，所述第二双包层掺镱光纤(20)的另一端接第二泵浦剥除(21)的输入端；

单频连续激光通过所述波形发生器(2)和所述电光调制器(3)的调制作用形成单频脉冲激光，单频脉冲激光通过所述第一波分复用器(5)耦合进入所述第一单模掺镱光纤(6)由所述第一光纤激光器(4)进行泵浦放大，单频脉冲激光经过所述第一滤波器(7)通过所述第二波分复用器(9)耦合进入所述第二单模掺镱光纤(10)，由所述第二光纤激光器(8)进行泵浦再次放大，单频脉冲激光经过所述第二滤波器(11)和所述第一隔离器(12)通过所述(2+1)×1合束器(14)耦合进入所述第一双包层掺镱光纤(15)，由所述第一半导体激光器(13)进行泵浦放大，单频脉冲激光通过所述第一 泵浦剥除(16)和所述第二隔离器(17)，通过所述(6+1)×1合束器(19)耦合进入所述第二双包层掺镱光纤(20)，通过所述第二半导体激光器(18)进行泵浦放大，最后放大的单频脉冲激光通过所述第二泵浦剥除(21)输出。

2.根据权利要求1所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：所述单频激光器(1)的中心波长为1064nm，输出线宽为100kHz。

3.根据权利要求1所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：所述第一光纤激光器(4)和所述第二光纤激光器(8)的中心波长均为976nm，最大输出功率为400mw。

4.根据权利要求1所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：所述第一单模掺镱光纤(6)和所述第二单模掺镱光纤(10)的长度为1m，吸收系数为250dB/m，纤芯直径为6um。

5.根据权利要求1所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：所述第一双包层掺镱光纤(15)的长度为2.1m，纤芯直径为10um、包层直径为130um。

6.根据权利要求1所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：所述第二双包层掺镱光纤(20)的长度为3.5m，纤芯直径为30um、包层直径为250um。

7.根据权利要求1所述的一种单频纳秒脉冲全光纤激光放大装置，其特征在于：所述第一半导体激光器(13)和所述第二半导体激光器(18)的中心波长均为976nm。