CN207691190U - 一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，输入耦合器的小分光比端连接探测器，输入耦合器的大分光比端连接延时光纤，延时光纤另一端连接输入隔离器输入端，输入隔离器输出端连接泵浦信号合波器信号端，泵浦信号合波器泵浦端连接泵浦激光器，泵浦信号合波器公共端连接掺杂光纤，掺杂光纤另一端连接输出隔离器的输入端，探测器和所述泵浦激光器连接控制电路；控制电路包括相互连接的判断模块、数据处理模块和驱动模块，控制电路中判断模块用于判断探测器是否探测到有输入脉冲信号，驱动模块用于在有脉冲信号输入时驱动泵浦激光器，在无输入脉冲信号时关闭泵浦激光器。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤激光领域，特别是涉及一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器。
背景技术
在脉冲光纤激光器中，由种子光源和光纤放大器组合而成的激光主振荡功率放大(MOPA)技术具有效率高，可以灵活调节脉宽、频率参数等优点，在激光雷达、激光加工、光纤传感等领域具有广泛的应用。在MOPA结构的脉冲光纤激光器中，光放大器通常使用连续光泵浦的方式，但在测距激光雷达、光纤传感等应用中，常采用重复频率在1kHz-10kHz、脉宽为1ns-100ns的脉冲，光脉冲的占空比很低(<0.1)，若使用连续光泵浦方式，在无光脉冲信号输入时的大部分时间内泵浦光一直存在光放大器中，这一方面导致两脉冲间隔间大量放大自发辐射(ASE)甚至激射的产生，降低了输出脉冲的消光比；另外一方面浪费了大量泵浦功率，并且由泵浦光产生的热量还引起掺杂光纤温度升高，限制了MOPA的最大输出功率。
发明内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，能够在有脉冲信号时驱动泵浦激光器，可有效降低脉冲放大器工作功耗，减小高功率光放大器中掺杂光纤的温度，提高峰值输出功率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，包括依次链路连接的输入耦合器、延时光纤、输入隔离器、泵浦信号合波器、掺杂光纤、输出隔离器，所述输入耦合器的小分光比端连接探测器，所述输入耦合器的大分光比端连接延时光纤，所述延时光纤另外一端连接输入隔离器的输入端，所述输入隔离器输出端连接泵浦信号合波器的信号端，所述泵浦信号合波器的泵浦端连接泵浦激光器，所述泵浦信号合波器的公共端连接掺杂光纤，所述掺杂光纤另一端连接输出隔离器的输入端，所述探测器和所述泵浦激光器连接控制电路；
其中，所述控制电路包括相互连接的判断模块、数据处理模块和驱动模块，所述控制电路中判断模块用于判断所述探测器是否探测到有输入脉冲信号，所述驱动模块用于在有脉冲信号输入时驱动所述泵浦激光器，在无输入脉冲信号时，关闭所述泵浦激光器。
其中，所述控制电路中数据处理模块用于在所述判断模块判断有输入脉冲信号时计算所述输入脉冲信号的脉宽v和周期T。
其中，根据所述泵浦激光器需要提前开启的时间tP以及所述控制电路识别所述输入脉冲信号和产生驱动电流所需要的时间t，选择所述延时光纤的长度，使得所述延时光纤的延迟时间等于t+tP。
其中，对所述泵浦激光器的泵浦关闭时间设置保护时间△t，所述控制电路以脉宽v+△t驱动所述泵浦激光器发送泵浦脉冲。
其中，所述掺杂光纤至少包括以下的任意一种：掺铒光纤、掺镱光纤或铒镱共掺光纤。
其中，相对于输入信号的传送方向，所述泵浦激光器泵浦方式为前向泵浦。
其中，相对于输入信号的传送方向，所述泵浦激光器泵浦方式为后向泵浦。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，通过控制电路在有脉冲信号时驱动所述泵浦激光器，从而降低脉冲放大器工作功耗，减小高功率光放大器中掺杂光纤的温度，提高峰值输出功率。此外，无信号输入时，脉冲放大器泵浦激光器停止工作，脉冲放大器无放大的自发辐射光输出，提升了输出光脉冲的消光比。
附图说明
图1是本实用新型前向泵浦光纤脉冲放大器一实施例的结构示意图；
图2是图1中控制电路一实施例的结构示意图；
图3是本实用新型后向泵浦光纤脉冲放大器一实施例的结构示意图；
图4是本实用新型脉冲信号一实施例的示意图；
图5是本实用新型脉冲泵浦信号一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述。
在本实用新型中基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，包括依次链路连接的输入耦合器、延时光纤、输入隔离器、泵浦信号合波器、掺杂光纤、输出隔离器，所述输入耦合器的小分光比端连接探测器，所述输入耦合器的大分光比端连接延时光纤，所述延时光纤另外一端连接输入隔离器的输入端，所述输入隔离器输出端连接泵浦信号合波器的信号端，所述泵浦信号合波器的泵浦端连接泵浦激光器，所述泵浦信号合波器的公共端连接掺杂光纤，所述掺杂光纤另一端连接输出隔离器的输入端，所述探测器和所述泵浦激光器连接控制电路。
参阅图1，图1是本实用新型前向泵浦光纤脉冲放大器一实施例的结构示意图。在一个具体的实施方式中，基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器100，相对于信号传输方向，泵浦激光器6泵浦传输为前向泵浦。具体的连接方式为，输入耦合器1小分光比端连接探测器2，输入耦合器1大分光比端连接延时光纤3，延时光纤3另外一端连接输入隔离器4，输入隔离器4输出端连接泵浦信号合波器5信号端，泵浦信号合波器5泵浦端连接泵浦激光器6，泵浦信号合波器5公共端连接掺杂光纤7，掺杂光纤7另外一端连接输出隔离器输入端8。
在MOPA结构的脉冲光纤激光器中，若使用连续光泵浦方式，在无脉冲信号输入时的大部分时间内泵浦光一直存在光放大器中，这一方面导致两脉冲间隔间大量放大自发辐射(ASE)甚至激射的产生，降低了输出脉冲的消光比，另外一方面浪费了大量泵浦功率，并且由泵浦光产生的热量还引起掺杂光纤温度升高，限制了MOPA的最大输出功率。
本实用新型提供的基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器100的控制电路9包括相互连接的判断模块21、数据处理模块22和驱动模块23。
具体的，控制电路9中判断模块21用于判断探测器2是否探测到有输入脉冲信号，控制电路9中驱动模块23用于在有脉冲信号输入时驱动泵浦激光器6，在无输入脉冲信号时关闭所述泵浦激光器6。
进一步的，若判断模块21判断探测器2探测到有脉冲信号输入时，向驱动模块23发送驱动信号，驱动模块23驱动泵浦激光器6发送泵浦脉冲，若判断无输入脉冲信号，则驱动模块23关闭所述泵浦激光器6。
控制电路9中数据处理模块22用于在判断模块21判断有输入脉冲信号时计算所述输入脉冲信号的脉宽v和周期T。
具体的，参阅图4，输入脉冲信号经过输入耦合器1小分光比端、探测器2后进入控制电路9，控制电路9中数据处理模块22根据探测器2输出的信号计算脉冲信号的脉宽为v和周期为T。
考虑到泵浦光在掺杂光纤中的传播时间和掺杂粒子从泵浦能级弛豫到上能级所需时间(对掺镱和掺铒光纤放大器，典型的时间为数个微秒量级)，泵浦激光器6需要在信号光脉冲到达掺杂光纤之前的tP时间开启。此外，控制电路9识别脉冲信号和产生驱动电流也需要一定的延迟时间t。具体的，泵浦源开启所需时间tP和泵浦源型号有关，不同型号的泵浦源取值不同。控制电路9识别脉冲信号和产生驱动电流的时间t为出厂前多次测试后取的平均值。
在本实用新型中，为了在有脉冲信号输入时能同步的对脉冲信号进行放大，延时光纤3的延迟时间为控制电路9识别脉冲信号并开始驱动泵浦激光器6的时间t与泵浦激光器6提前开启的时间tP之和。具体的，选择合适长度的延时光纤3，使得延迟时间等于t+tP。当输入脉冲信号经过时间t+tP进入掺杂光纤7时，控制电路9驱动泵浦激光器6产生的脉冲泵浦光对脉冲信号进行放大。
当判断模块21判断出有脉冲信号输入时，向驱动模块23发送驱动信号，驱动模块23以脉冲信号的脉宽同步驱动泵浦激光器6以对脉冲信号进行放大，但在实际情况中可能会因为同步信号误差而导致提前关闭泵浦脉冲。为了避免这种情况，对所述泵浦激光器的关闭时间设置保护时间，控制电路9中驱动模块23以脉冲信号的脉宽加预设保护时间驱动泵浦激光器6，以保证所有的脉冲信号都被放大。
在一个具体的实施例中，参阅图5，判断模块21判断出有脉冲信号输入时，控制电路9驱动泵浦激光器6以信号脉冲的脉宽v加预设保护时间△t驱动泵浦激光器6。其中，预设保护时间在不同的输入脉冲信号下取值不同，可以在出厂时写入，也可以为光纤脉冲放大器工作时进行设置，在此不做限定。
在本实用新型中，为了更好的放大效果，掺杂光纤7优选的为掺铒光纤、掺镱光纤、铒镱共掺光纤，也可以为其他有源光纤，在此不做限定。
参阅图3，图3是本实用新型后向泵浦光纤脉冲放大器一实施例的结构示意图。本实用新型提供的另一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器300，相对于信号传输方向，泵浦激光器36泵浦传输为后向泵浦。具体的连接方式为，输入耦合器31小分光比端连接探测器32，输入耦合器31大分光比端连接延时光纤33，延时光纤33另外一端连接输入隔离器34，输入隔离器34输出端连接掺杂光纤37，掺杂光纤37另一端连接泵浦信号合波器35公共端，泵浦信号合波器35泵浦端连接泵浦激光器36，泵浦信号合波器35信号端连接输出隔离器38输入端。基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器300控制电路39包括相互连接的判断模块、数据处理模块和驱动模块(未示出)。具体的，控制电路39中判断模块用于判断探测器32是否探测到有输入脉冲信号，控制电路39中驱动模块用于在有脉冲信号输入时驱动泵浦激光器36，在无输入脉冲信号时关闭泵浦激光器36。在本实施例中，基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器的工作原理在和上文阐述的相同，在此不展开叙述。
区别于现有技术，通过控制电路在有脉冲信号时驱动所述泵浦激光器，从而降低脉冲放大器工作功耗，减小高功率光放大器中掺杂光纤的温度，提高峰值输出功率。此外，无信号输入时，脉冲放大器泵浦激光器停止工作，脉冲放大器无放大的自发辐射光输出，提升了输出光脉冲的消光比。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，包括依次链路连接的输入耦合器、延时光纤、输入隔离器、泵浦信号合波器、掺杂光纤、输出隔离器，所述输入耦合器的小分光比端连接探测器，所述输入耦合器的大分光比端连接延时光纤，所述延时光纤另外一端连接输入隔离器的输入端，所述输入隔离器输出端连接泵浦信号合波器的信号端，所述泵浦信号合波器的泵浦端连接泵浦激光器，所述泵浦信号合波器的公共端连接掺杂光纤，所述掺杂光纤另一端连接输出隔离器的输入端，所述探测器和所述泵浦激光器连接控制电路；
其中，所述控制电路包括相互连接的判断模块、数据处理模块和驱动模块，所述控制电路中判断模块用于判断所述探测器是否探测到有输入脉冲信号，所述驱动模块用于在有脉冲信号输入时驱动所述泵浦激光器，在无输入脉冲信号时关闭所述泵浦激光器。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述控制电路中数据处理模块用于在所述判断模块判断有输入脉冲信号时计算所述输入脉冲信号的脉宽v和周期T。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，根据所述泵浦激光器需要提前开启的时间tP以及所述控制电路识别所述输入脉冲信号和产生驱动电流所需要的时间t，选择所述延时光纤的长度，使得所述延时光纤的延迟时间等于t+tP。
4.根据权利要求2所述的一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，对所述泵浦激光器的泵浦关闭时间设置保护时间△t，所述控制电路以脉宽v+△t驱动所述泵浦激光器发送泵浦脉冲。
5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述掺杂光纤为掺铒光纤、掺镱光纤或铒镱共掺光纤。
6.根据权利要求1所述的一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，相对于输入信号的传送方向，所述泵浦激光器泵浦方式为前向泵浦。
7.根据权利要求1所述的一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器，其特征在于，相对于输入信号的传送方向，所述泵浦激光器泵浦方式为后向泵浦。
Priority Applications (1)
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| CN201721826143.3U CN207691190U (zh) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | 一种基于脉冲泵浦的光纤脉冲放大器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111490444A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-08-04 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 脉冲光纤放大器及光信号功率放大方法 |
| CN113820691A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-12-21 | 厦门彼格科技有限公司 | 一种带光放大的高精度光延迟相位调控方法 |
| CN115473111A (zh) * | 2021-09-16 | 2022-12-13 | 上海拜安实业有限公司 | 针对光纤放大器进行脉冲能量控制的系统及其光纤放大器 |
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