CN210296859U

CN210296859U - 一种提高1.6μm波段铒镱共掺光纤激光器转换效率的结构

Info

Publication number: CN210296859U
Application number: CN201921808830.1U
Authority: CN
Inventors: 强则煊; 王昆; 郁张维; 罗佳佳
Original assignee: Hangzhou Xianradium Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Xianradium Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2029-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种提高1.6μm波段铒镱共掺光纤激光器转换效率的结构。本实用新型包括半导体激光器，泵浦分束器，第一合束器、第二合束器，第一低反射率光栅，第二低反射率光栅，第一高反射率光栅，第二高反射率光栅，第一铒镱共掺光纤、第二铒镱共掺光纤和隔离器。本实用新型将传统的976nm泵浦功率部分转成带内谐振泵浦并联合剩余976nm泵浦共同作用于铒镱共掺增益光纤以提高1.6μm波段光纤激光器输出功率并抑制1μm波段ASE。本实用新型无需引入额外1μm波段辅助信号光且结构紧凑，便于系统集成。

Description

一种提高1.6μm波段铒镱共掺光纤激光器转换效率的结构

技术领域

本实用新型属于光纤激光领域，特别涉及一种能有效提高1.6μm波段铒镱共掺高功率光纤激光器的转换效率与输出功率并能抑制1μm受激放大自发辐射（ASE）光的紧凑结构。

背景技术

光纤激光器具有光束质量好、结构紧凑、体积小、效率高、寿命长、容易维护等优点。1.6μm处于大气的第三个传输窗口，对烟和雾的穿透能力强，使得相应波段的高功率光纤激光器已成为激光雷达的重要组件。然而，1.6μm位于掺铒光纤的增益尾部，工作效率低，通常石英基质的无镱（Yb）纯掺铒光纤掺杂浓度低，对于1.6μm长波段需要使用很长的增益光纤改善泵浦吸收进而提高转换效率，但在高功率扩增过程中就越容易出现非线性效应。

人们通过掺入镱离子降低铒离子的团簇效应、激发态吸收等进而提高铒离子的可掺杂浓度以改善输出功率，然而铒镱共掺光纤存在寄生1μm放大自发辐射（ASE）问题，在功率扩增中易随着泵浦功率的增加引起寄生激光进而影响系统的输出性能。

为了压制这种寄生ASE，人们又提出了主动注入1μm辅助光或者引入正反馈机制来压制随机寄生ASE对系统的破坏，但这些方案最终还是要滤除跟随着增益链路一起主动放大的1μm光，特别对于全光纤方案使用的光纤器件最大承受功率提出了极大的挑战。发明一种结构简单、既能压制1μm波段ASE光又能提高1.6μm波段铒镱共掺光纤激光器转换效率的方法具有重要意义。

发明内容

本实用新型就是针对现有技术的不足，提出了一种基于增益光纤和泵浦优配将传统的976nm泵浦功率部分转成带内谐振泵浦并联合剩余976nm泵浦共同作用于铒镱共掺增益光纤以提高1.6μm波段光纤激光器输出功率并抑制1μm波段ASE的紧凑结构。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用下述的技术手段：

本实用新型包括半导体激光器，泵浦分束器，第一合束器、第二合束器，第一低反射率光栅，第二低反射率光栅，第一高反射率光栅，第二高反射率光栅，第一铒镱共掺光纤、第二铒镱共掺光纤和隔离器。

所述的半导体激光器的输出端与泵浦分束器的输入端连接，泵浦分束器的一个输出端与第一合束器的泵浦输入端连接，泵浦分束器的另一个输出端与第二合束器的泵浦输入端连接。

所述的第一合束器的输出端与第一低反射率光栅的一端连接，第一低反射率光栅的另一端与第一铒镱共掺光纤的一端连接，第一铒镱共掺光纤的另一端与第一高反射率光栅的一端连接，第一高反射率光栅的另一端斜切；第一合束器的信号光端口作为辅助泵浦源与第二合束器的泵浦输入端连接，所述的辅助泵浦源的激光处于C波段。

所述的第二合束器的输出端与第二低反射率光栅的一端连接，第二低反射率光栅的另一端与第二铒镱共掺光纤的一端连接，第二铒镱共掺光纤的另一端与第二高反射率光栅的一端连接，第二高反射率光栅的另一端斜切。

所述的第二合束器的信号光端口作为输出端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端斜切，使输出光不产生反射。

进一步说，所述的半导体激光器输出的激光波长为976nm，功率为30W，第一低反射率光栅的反射率为5%～15%，中心波长1535nm，半高宽10GHz，第一高反射率光栅的反射率为99%，中心波长1535nm，半高宽10GHz。

本实用新型的有益效果：1、无需引入额外1μm波段辅助信号光及其诸如剥离辅助光的滤波器等器件；2、结构紧凑，便于系统集成。

附图说明

图1是本实用新型的后向混合泵浦结构。

图2是在相同增益光纤长度和相同976nm泵浦总功率下，本实用新型结构和其他纯976nm后向泵浦产生1535nm激光，纯976nm泵浦结构的激光输出功率比较。

图3是在相同增益光纤长度和相同976nm泵浦总功率下，本实用新型结构和其他纯976nm后向泵浦产生1535nm激光，纯976nm泵浦结构的前向ASE光功率比较。

图4是在相同增益光纤长度和相同976nm泵浦总功率下，本实用新型结构和其他纯976nm后向泵浦产生1535nm激光，纯976nm泵浦结构的后向ASE光功率比较。

图5是在相同增益光纤长度和976nm泵浦总功率为20W的情况下，本实用新型结构和其他纯976nm后向泵浦产生1535nm激光，纯976nm泵浦结构前向光谱图的比较。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型考虑到1.6μm波段工作于增益尾部，用C波段（1525～1565nm）的激光作为辅助泵浦源可以有效提高量子转换效率。由于铒镱共掺光纤中铒离子的吸收峰值在1535nm附近，本实用新型用1535nm波长作为辅助泵浦源。

本实用新型考虑到1535nm属于铒离子的亚稳态，寿命较长，存在着能量向镱离子回传的可能，本实用新型将联合使用976nm半导体激光器激活镱离子的敏化功能,有效阻止1535nm单向回传进而影响转换效率。

本实用新型考虑到结构简单紧凑，本实用新型将976nm功率和铒镱共掺光纤进行优化分配，从而形成1535nm/976nm混合泵浦。

实施例：如图1所示，以1590nm全光纤铒镱共掺激光器为例，该方案同样适用于其它增益光纤的长波段激光器。实现高转换效率1590nm全光纤激光器的装置包括一个高功率(30W)976nm半导体激光器1，一个泵浦分束器 2，两个（2+1）×1合束器3、8，一个低反射率光栅4 (反射率为5%～15%，中心波长1535nm，半高宽10GHz)，一个高反射率光栅5 (反射率为99%，中心波长1535nm，半高宽10GHz)，两段经过优化分配的铒镱共掺光纤6、11，一个低反射率光栅9 (反射率为5%～15%，中心波长1590nm，半高宽10GHz)，一个高反射率光栅10 (反射率为99%，中心波长1590nm，半高宽10GHz)，一个隔离器13，输出端14。

后向混合泵浦时，先将一个高功率(30W)976nm半导体激光器1通过泵浦分束器2按照优化比例进行分配，为简便描述，以1:1比例分配成两路，其中一路与合束器3的泵浦输入端连接，一路与合束器8的泵浦输入端连接，合束器3与反射率为5%，中心波长为1535nm，半高宽为10GHz的光栅4连接，铒镱共掺光纤经过优化分配成长度相同的两段光纤6、11(长度都为3米)，光栅4的另一端与铒镱共掺光纤6的任意一端连接，铒镱共掺光纤6的另一端与反射率为99%，中心波长为1535nm，半高宽为10GHz的光栅5连接，再将合束器3的信号光端口作为泵浦源与合束器8的泵浦输入端连接,合束器8的输出端与反射率为5%，中心波长为1590nm，半高宽为10GHz的光栅9连接，光栅9个另一端与第二段铒镱共掺光纤11的任意一端连接，铒镱共掺光纤11的另一端与反射率为99%，中心波长为1590nm，半高宽为10GHz的光栅10连接，再将合束器8的信号光端口作为输出端与隔离器13的输入端连接，隔离器13的输出端斜切8°，使输出光不产生反射；纯976nm泵浦只要把半导体激光器1功率都分配给泵浦合束器8；纯1535nm泵浦只要把半导体激光器1功率都分配给泵浦合束器3。

下面结合附图与仿真来对本实施例进一步说明：

图2、图3、图4分别是光纤总长度为6米、总功率为30W时不同功率分配方式下总泵浦功率与激光输出功率、前后ASE光功率的关系，从图中可以得出在总泵浦功率为30W时，后向混合泵浦、全976nm泵浦、全1535nm泵浦的输出功率分别为14.38W、 11.21W、10.69W，转换效率对应为47.9%、37.4%，35.6%，而此时前后向ASE光功率也明显变小，比如全976nm泵浦与混合泵浦相比，前向ASE功率由9.16W下降到1.19W, 全1535nm泵浦与混合泵浦相比，后向ASE功率由7.43W下降到1.86W。通过对比发现混合泵浦有着明显的压制ASE光的效果，且转换效率与输出功率得到提高。

图5是模拟得到的泵浦功率为20W时几种结构下的光谱图，从混合泵浦与全976nm泵浦的前向光谱图中可以得出其边模抑制比分别为57.6dB与36.1dB，抑制ASE效果明显提高，虽然从全1535nm泵浦的前向光谱图得出的边模抑制比数值更大，但是其产生的后向ASE光功率更大且输出功率较小。

Claims

1.一种提高1.6μm波段铒镱共掺光纤激光器转换效率的结构，包括半导体激光器，泵浦分束器，第一合束器、第二合束器，第一低反射率光栅，第二低反射率光栅，第一高反射率光栅，第二高反射率光栅，第一铒镱共掺光纤、第二铒镱共掺光纤和隔离器，其特征在于：

所述的半导体激光器的输出端与泵浦分束器的输入端连接，泵浦分束器的一个输出端与第一合束器的泵浦输入端连接，泵浦分束器的另一个输出端与第二合束器的泵浦输入端连接；

所述的第一合束器的输出端与第一低反射率光栅的一端连接，第一低反射率光栅的另一端与第一铒镱共掺光纤的一端连接，第一铒镱共掺光纤的另一端与第一高反射率光栅的一端连接，第一高反射率光栅的另一端斜切；第一合束器的信号光端口作为辅助泵浦源与第二合束器的泵浦输入端连接，所述的辅助泵浦源的激光处于C波段；

所述的第二合束器的输出端与第二低反射率光栅的一端连接，第二低反射率光栅的另一端与第二铒镱共掺光纤的一端连接，第二铒镱共掺光纤的另一端与第二高反射率光栅的一端连接，第二高反射率光栅的另一端斜切；

2.根据权利要求1所述的一种提高1.6μm波段铒镱共掺光纤激光器转换效率的结构，其特征在于：所述的半导体激光器输出的激光波长为976nm，功率为30W，第一低反射率光栅的反射率为5%～15%，中心波长1535nm，半高宽10GHz，第一高反射率光栅的反射率为99%，中心波长1535nm，半高宽10GHz。