CN216015991U - 一种线偏振连续光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种线偏振连续光纤激光器。该光纤激光器包括通过光纤依次连接的种子源模块、偏振提纯模块和光纤放大模块，种子源模块用于输出连续种子光束，偏振提纯模块用于提升种子光束的偏振消光比，光纤放大单元用于放大偏振分束单元输出的连续种子光束。本实用新型实施例的技术方案，通过种子源模块输出连续种子光束，通过偏振提纯模块对种子源模块提供的种子光束的偏振消光比进行提升，通过光纤放大模块对偏振提纯模块输出的连续种子光束进行进一步放大，使光束的功率达到所需的功率条件，实现激光器的大功率输出，进一步提高大功率输出时偏振消光比，提高激光器的输出连续的长期稳定性。

Description

一种线偏振连续光纤激光器

技术领域

本实用新型实施例涉及光纤激光器的技术领域，尤其涉及一种线偏振连续光纤激光器。

背景技术

连续谱光源由于其带宽大、稳定性好、重复频率由泵浦源决定这些特点，使其在光学相干成像、频率测度、光学仪器测试、光纤陀螺、超短脉冲产生以及材料光谱学、环境测量、光纤传感、光计量学、激光光谱学等很多领域有重要的应用价值，前景十分看好。

目前，为了获得1064nm，100W的线偏振连续的激光输出，其光纤激光器的光路普遍采用传统的主振荡功率放大(Master Oscillator Power Amplification，MOPA)结构，将种子源直接放大，但是，利用该光路结构形成的光纤激光器具备以下缺点：输出功率极不稳定，功率随时间来回波动；输出偏振消光比也极不稳定，光束质量较差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种线偏振连续光纤激光器，以实现激光器的大功率输出，进一步提高大功率输出时偏振消光比，提高激光器的输出连续的长期稳定性。

本实用新型实施例提供了一种线偏振连续光纤激光器，包括：通过光纤依次连接的种子源模块、偏振提纯模块和光纤放大模块；

所述种子源模块用于输出连续种子光束；

所述偏振提纯模块包括至少一个偏振分束单元，所述偏振分束单元的输入端与所述种子源模块的输出端连接，所述偏振分束单元的第一输出端与所述光纤放大模块的输入端连接；

所述光纤放大模块包括至少两级光纤放大单元，所述光纤放大单元用于放大所述偏振分束单元输出的连续种子光束。

可选地，所述种子源模块包括1064nm波长的分布式反馈激光器和光栅单元，所述分布式反馈激光器的输出端与所述光栅单元的输入端连接。

可选地，所述种子源模块还包括第一隔离器与第一分束器；

所述第一隔离器的输入端与所述光栅单元的输出端连接，输出端与所述第一分束器的输入端连接；

所述第一分束器的第一输出端与所述偏振分束单元的输入端连接，所述第一分束器的第二输出端连接一个光电探测器。

可选地，所述偏振提纯模块包括第一偏振分束单元和第二偏振分束单元；

所述第一偏振分束单元的输入端与所述种子源模块的输出端连接，第一输出端与所述第二偏振分束单元的输入端连接；

所述第二偏振分束单元的输出端与所述光纤放大模块的输入端连接。

可选地，所述光纤放大模块包括一级光纤放大单元和二级光纤放大单元。

可选地，所述一级光纤放大单元包括第一泵浦源、第一合束器以及第一增益光纤；

所述第一合束器的泵浦输入端与所述第一泵浦源连接，公共输入端与所述偏振分束单元的第一输出端连接，输出端与所述第一增益光纤的输入端连接；

所述二级光纤放大单元包括至少一个第二泵浦源、第二合束器以及第二增益光纤；

所述第二合束器包括与所述第二泵浦源数量相同的泵浦输入端，每个所述第二合束器的泵浦输入端与一个所述第二泵浦源连接，公共输入端与所述第一增益光纤的输出端连接，输出端与所述第二增益光纤的输入端连接。

可选地，所述第一增益光纤和所述第二增益光纤均为保偏型双包层掺镱光纤。

可选地，所述一级放大单元还包括第二隔离器和第一包层光功率剥除器；

所述第二隔离器的输入端与所述偏振分束单元的第一输出端连接，输出端与所述第一合束器的公共输入端连接；

所述第一包层光功率剥除器的输入端与所述第一增益光纤的输出端连接，输出端与所述二级光纤放大单元的输入端连接；

所述二级光纤放大单元还包括第三隔离器、650/1064nm合波器以及第二包层光功率剥除器；

所述第三隔离器的输入端与所述第一包层光功率剥除器的输出端连接，输出端与所述650/1064nm合波器的公共输入端连接；

所述650/1064nm合波器的输出端与所述第二合束器的第三输入端连接；

所述第二包层光功率剥除器的输入端与所述第二增益光纤连接。

可选地，还包括准直隔离器，所述准直隔离器的输入端与所述光纤放大模块输出端连接。

可选地，所述线偏振连续光纤激光器中所用光纤为保偏光纤，所用器件为保偏器件。

本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器，包括通过光纤依次连接的种子源模块、偏振提纯模块和光纤放大模块，种子源模块用于输出连续种子光束，偏振提纯模块包括至少一个偏振分束单元，偏振分束单元的输入端与种子源模块的输出端连接，偏振分束单元的第一输出端与光纤放大模块的输入端连接，光纤放大模块包括至少两级光纤放大单元，光纤放大单元用于放大偏振分束单元输出的连续种子光束。本实施例新型通过种子源模块输出连续种子光束，通过偏振提纯模块对种子源模块提供的种子光束的偏振消光比进行提升，通过光纤放大模块对偏振提纯模块输出的连续种子光束进行进一步放大，使光束的功率达到所需的功率条件，实现大功率输出，进一步提高大功率输出时偏振消光比，提高激光器的输出连续的长期稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器中种子源模块的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器中偏振提纯模块的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器中光纤放大模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种线偏振连续光纤激光器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器的整体光路示意图；

图7为本实用新型实施例提供的线偏振连续光纤激光器的输出光谱示意图；

图8为本实用新型实施例提供的线偏振连续光纤激光器的连续输出示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

图1为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器的结构示意图。如图1所示，该线偏振连续光纤激光器包括：通过光纤S1依次连接的种子源模块10、偏振提纯模块20和光纤放大模块30，种子源模块10用于输出连续种子光束，偏振提纯模块20包括至少一个偏振分束单元(图1中未示出)，偏振分束单元的输入端与种子源模块10的输出端连接，偏振分束单元的第一输出端与光纤放大模块30的输入端连接，光纤放大模块30包括至少两级光纤放大单元(图1中未示出)，光纤放大单元用于放大偏振分束单元输出的连续种子光束。

本实施例中种子源模块10、偏振提纯模块20以及光纤放大模块30构成的线偏振连续光纤光路采用主振荡功率放大(Master Oscillator Power Amplification，MOPA)光路，该放大光路是一种利用单级或多级光放大器对种子激光功率进行放大的技术。相比于一般的单谐振腔输出的高功率激光器，主振荡功率放大技术的优势在于，在获得大功率的激光输出的同时确保输出激光一系列参数指标的优异性，如连续激光的线宽特性，脉冲激光的脉宽、重复频率等参数以及激光横模质量等。

本实施例中的种子源模块10选用的激光器为半导体分布式反馈激光器，其中，MOPA光路系统的波长、光谱、线宽等参数的特性由种子激光决定，但噪声、光束质量等参数仍与MOPA系统光路的本身设计有关。

光纤放大模块30一般包括泵浦源、波分复用器、合束器、掺杂光纤等器件，用于对种子光束进行放大，具体实施时，可以采用单级放大或多级放大的方式实现大功率脉冲输出，相对于单级放大，多级放大可以达到更大的输出功率。光纤放大模块30直接决定了输出光束的质量和功率水平，当泵浦源提供的光束通过以合束器进入双包层的掺杂光纤的内包层，泵浦光在穿越掺杂光纤的纤芯的过程被稀土掺杂离子有效吸收，形成粒子数翻转以提供增益。信号光则被注入到双包层掺杂光纤的纤芯，沿光纤传输，并被有效放大，从而实现对种子源的大功率放大输出。

本实施提供的技术方案，通过种子源模块输出连续种子光束，通过偏振提纯模块对种子源模块提供的种子光束的偏振消光比进行提升，通过光纤放大模块对偏振提纯模块输出的连续种子光束进行进一步放大，使光束的功率达到所需的功率条件，实现满功率输出，进一步提高满功率输出时偏振消光比，提高激光器的输出连续的长期稳定性。

在上述实施例的基础上，图2为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器中种子源模块的结构示意图。如图2所示，种子源模块10包括1064nm波长的分布式反馈激光器11和光栅单元12，1064nm波长的分布式反馈激光器11的输出端与光栅单元12的输入端连接。

其中，本实施例中的光栅单元12为温度补偿光栅单元，其具备低反射率的特征，用于解决本实施例提供的线偏振连续光纤激光器在高压测量时的温度交叉敏感问题。1064nm波长的分布式反馈激光器11用于输出保偏线偏振1064nm波长的激光。

继续参照图2，种子源模块还包括第一隔离器13与第一分束器14，第一隔离器13的输入端与光栅单元12的输出端连接，输出端与第一分束器14的输入端连接，第一分束器14的第一输出端与偏振分束单元的输入端连接，第一分束器14的第二输出端连接一个光电探测器Q1。

其中，第一隔离器13为保偏隔离器，第一分束器14为保偏分束器，该第一分束器14用于将种子光束分成两束，示例性的，该第一分束器14为1/99分束器，99％接入偏振分束单元，并且输入至偏振分束单元及参与放大的种子光束为慢轴光，1％接入光电探测器，用于监测分布式反馈激光器11的工作状态，例如当分布式反馈激光器11无输出时，及时关闭光线放大模块的泵浦，起到保护光路烧毁作用。

在本实施例中，由于种子源模块10中的分布式反馈激光器11和光栅单元12产生的种子激光的波长为1064nm，传输至第一隔离器13和第一分束器14的种子光束的波长也为1064nm。

可选地，图3为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器中偏振提纯模块的结构示意图。如图3所示，偏振提纯模块包括第一偏振分束单元21和第二偏振分束单元22，第一偏振分束单元21的输入端与种子源模块的输出端连接，第一输出端与第二偏振分束单元22的输入端连接，第二偏振分束单元22的输出端与光纤放大模块的输入端连接。

其中，第一偏振分束单元21和第二偏振分束单元22均为1064nm波长的保偏器件，用于对种子激光的偏振消光比进行提升。

本实施例中，第一偏振分束单元21和第二偏振分束单元22将种子激光的偏振消光比进行提升后，并将慢轴光继续传输至光纤放大模块进行放大，为获得高性能偏振连续激光输出做好铺垫。

由于种子激光的偏振消光比只有16dB，利用第一偏振分束单元21与第二偏振分束单元22对种子激光进行提升，可将种子激光的偏振消光比由16dB提升至32dB。

可选地，图4为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器中光纤放大模块的结构示意图。如图4所示，光纤放大模块包括一级光纤放大单元31和二级光纤放大单元32。

由于单级放大获取的功率可能达不到线偏振连续所需的功率要求，通过设置光纤放大模块包括两级光纤放大单元，一级光纤放大单元31先将种子光束放大一个功率，然后二级光纤放大单元32将种子光束放大到需求功率。

在其他实施例中，光纤放大模块30可以包括更多级光纤放大单元，具体实施时可以根据实际条件选择。

其中，一级光纤放大单元31和二级光纤放大单元32中均为保偏型光纤放大器。

可选地，继续参照图4，一级光纤放大单元31包括第一泵浦源311、第一合束器312以及第一增益光纤313，第一合束器312的泵浦输入端与第一泵浦源311连接，公共输入端与偏振分束单元的第一输出端连接，输出端与第一增益光纤313的输入端连接。

其中，第一泵浦源311为一级光纤放大单元31提供940nm波长的正向泵浦；第一合束器312将种子激光进行第一次合束，其具备低损耗、高功率以及高消光比的优点。

本实施例中的二级光纤放大单元32包括至少一个第二泵浦源321、第二合束器322以及第二增益光纤323，第二合束器322包括与第二泵浦源321数量相同的泵浦输入端，每个第二合束器322的泵浦输入端与一个第二泵浦源321连接，公共输入端与第一增益光纤313的输出端连接，输出端与第二增益光纤的323输入端连接。

本实施例中，第二泵浦源321的数量为两个。

类似地，第二泵浦源321为二级光纤放大单元32提供940nm波长的正向泵浦，其功率大于上述实施例中第一泵浦源311的功率，目的在于进行进一步放大，提高输出功率。

类似地，第二合束器322将种子激光进行第二次合束。

可选地，第一增益光纤313和第二增益光纤323均为保偏型双包层掺镱光纤。

具体地，双包层掺镱光纤的内纤芯传输信号光(待放大的光)，内包层传输泵浦光，泵浦光以斜入射的方式注入到掺杂光纤的内包层，并以折线的方式反复穿越纤芯，从而导致泵浦光被纤芯中的镱离子吸收，实现高功率的激光输出。

在本实施例中，一级光纤放大单元31和二级光纤放大单元32采用正向泵浦方式，在其他一些实施例中，一级光纤放大单元31和/或二级光纤放大单元32也可以采用反向泵浦或双向泵浦方式实现泵浦源的输出，本实施例中对此不作限定。

可选地，继续参照图4，一级光纤放大单元31还包括第二隔离器314和第一包层光功率剥除器315，第二隔离器314的输入端与偏振分束单元的第一输出端连接，输出端与第一合束器312的公共输入端连接，第一包层光功率剥除器315的输入端与第一增益光纤313的输出端连接，输出端与二级光纤放大单元32的输入端连接。

其中，第二隔离器314用于保证种子激光进行单向传输，该第二隔离器314输出功率为120mW。第一包层光功率剥除器315用于滤除第一光纤放大单元31光纤中未参与放大的泵浦光。

进一步地，二级光纤放大单元32还包括第三隔离器324、650/1064nm合波器325以及第二包层光功率剥除器326，第三隔离器324的输入端与第一包层光功率剥除器315的输出端连接，输出端与650/1064nm合波器325的公共输入端连接，650/1064nm合波器325的输出端与第二合束器322的第三输入端连接，第二包层光功率剥除器326的输入端与第二增益光纤323连接。

其中，第三隔离器324用于进一步保证种子激光进行单向传输，650/1064nm合波器325用于将红光耦合进入主光路，作为输出信号光的指引光。第二包层光功率剥除器326用于滤除第二光纤放大单元32光纤中未参与放大的泵浦光。

可选地，图5为本实用新型实施例提供的又一种线偏振连续光纤激光器的结构示意图。如图5所示，该线偏振连续激光器还包括准直隔离器40，该准直隔离器40的输入端与所述光纤放大模块30输出端连接。

其中，准直隔离器40用于准直光纤放大模块输出的光束，提升光束质量。

本实施例中，准直隔离器40最终最大的承受功率为125W，用于适应激光器输出100W量级的功率输出。

可选地，线偏振连续光纤激光器中所用光纤为保偏光纤，所用器件为保偏器件。

具体地，在某一实施例中，图6为本实用新型实施例提供的一种线偏振连续光纤激光器的整体光路示意图。如图6所示，本实施例提供的线偏振连续光纤激光器的第一部分光路为提供光源模块，种子光源采用宽谱保偏1064nm分布式反馈激光器11和温度补偿保偏光栅单元12，输出功率为450mW，线宽为0.15nm，经过第一隔离器13，该第一隔离器13为保偏1W隔离器，对种子激光起到保护作用，在第一隔离器13之后接入第一分束器14，该第一分束器14为一个保偏玻片1/99分光器，99％的种子激光接入光纤放大模块进行放大，1％的种子激光接入一个光电探测器Q1，用于在种子激光不输出激光时，及时关闭接入的光纤放大模块30中的泵浦源，起到保护光路烧毁作用。

第二部分光路为偏振提纯模块，在第一分束器14中99％的种子光源接入2个偏振分束器21/22将光路中的快轴光和慢轴光划分开，2个偏振分束器21/22将快轴光分出来，并且控制慢轴光参与光纤放大，起到种子激光的偏振消光比的提升作用，将原有的种子激光的消光比从16dB提升至32dB。

第三部分光路为光纤放大模块，该光纤放大模块30包括两级双包层放大单元。上述第二部分光路的两个偏振分束单元之后接入功率为300mW的第二隔离器314，对上述实施例中的第一分束器14和2个偏振分束单元21/22起到保护作用，从第二隔离器314输出功率为120mW至第一合束器312。第一泵浦源311采用940nm的半导体激光器，一级光纤放大单元31中的第一增益光纤313为5.5m长度的Nufern PLMA-YDF保偏掺镱光纤，将功率为8.4W的种子激光输入至第一合束器312后输出1064nm，4.3W的保偏激光，并将该功率继续输入至二级光纤放大单元32中功率为10W的第三隔离器324和650/1064nm的合波器325，其中，第三隔离器324起到保护一级光纤放大单元31正常运行，650/1064nm的合波器325将红光耦合进入主光路，作为输出信号光的指引光。二级光纤放大单元32中的第二泵浦源321采用940nm，功率为75W的半导体激光器，通过第二合束器322将种子激光耦合进长度为10.5m的NufernPLMA-YDF第二保偏掺镱光纤，将该第二保偏掺镱光纤盘绕在一个直径为9cm的圆柱上，用于滤除高阶模和散热，沿主光路进行正向泵浦，在经过第二包层功率剥除器326滤除多余的泵浦光后，经过功率为125W的准直隔离器40输出，输出功率为100.1W，波长为1064nm的线偏振激光，整个光纤放大运行过程中未出现非线性，且最终输出的偏振消光比为19dB。

通过采用保偏光纤，使得输出的1064nm激光的偏振态不会随着温度而改变，从而提高线偏振连续性和高功率特性。示例性的，图7为本实用新型实施例提供的线偏振连续光纤激光器的输出光谱示意图。参照图7，可知输出激光波长为1064nm，边模抑制比为42dB。

1064nm保偏激光经过二级光纤放大单元中的Nufern PLMA-YDF保偏掺镱光纤进一步放大后，再由准直隔离器准直保护后输出，最终输出的种子光束的光束质量提升至1.13。

本实施例中的激光器在运行时，预设时间为1h。图8为本实用新型实施例提供的线偏振连续光纤激光器的连续输出示意图。参照图8，在1h时间内，该激光器的保持基本稳定，满功率100W输出时稳定性达到了±1.6％。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种线偏振连续光纤激光器，其特征在于，包括：通过光纤依次连接的种子源模块、偏振提纯模块和光纤放大模块；

所述种子源模块用于输出连续种子光束；

所述偏振提纯模块包括至少一个偏振分束单元，所述偏振分束单元的输入端与所述种子源模块的输出端连接，所述偏振分束单元的第一输出端与所述光纤放大模块的输入端连接；

所述光纤放大模块包括至少两级光纤放大单元，所述光纤放大单元用于放大所述偏振分束单元输出的连续种子光束。

2.根据权利要求1所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述种子源模块包括1064nm波长的分布式反馈激光器和光栅单元，所述分布式反馈激光器的输出端与所述光栅单元的输入端连接。

3.根据权利要求2所述线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述种子源模块还包括第一隔离器与第一分束器；

所述第一隔离器的输入端与所述光栅单元的输出端连接，输出端与所述第一分束器的输入端连接；

所述第一分束器的第一输出端与所述偏振分束单元的输入端连接，所述第一分束器的第二输出端连接一个光电探测器。

4.根据权利要求1所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述偏振提纯模块包括第一偏振分束单元和第二偏振分束单元；

所述第一偏振分束单元的输入端与所述种子源模块的输出端连接，第一输出端与所述第二偏振分束单元的输入端连接；

所述第二偏振分束单元的输出端与所述光纤放大模块的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述光纤放大模块包括一级光纤放大单元和二级光纤放大单元。

6.根据权利要求5所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述一级光纤放大单元包括第一泵浦源、第一合束器以及第一增益光纤；

所述第一合束器的泵浦输入端与所述第一泵浦源连接，公共输入端与所述偏振分束单元的第一输出端连接，输出端与所述第一增益光纤的输入端连接；

所述二级光纤放大单元包括至少一个第二泵浦源、第二合束器以及第二增益光纤；

所述第二合束器包括与所述第二泵浦源数量相同的泵浦输入端，每个所述第二合束器的泵浦输入端与一个所述第二泵浦源连接，公共输入端与所述第一增益光纤的输出端连接，输出端与所述第二增益光纤的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤和所述第二增益光纤均为保偏型双包层掺镱光纤。

8.根据权利要求6所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述一级光纤放大单元还包括第二隔离器和第一包层光功率剥除器；

所述第二隔离器的输入端与所述偏振分束单元的第一输出端连接，输出端与所述第一合束器的公共输入端连接；

所述第一包层光功率剥除器的输入端与所述第一增益光纤的输出端连接，输出端与所述二级光纤放大单元的输入端连接；

所述二级光纤放大单元还包括第三隔离器、650/1064nm合波器以及第二包层光功率剥除器；

所述第三隔离器的输入端与所述第一包层光功率剥除器的输出端连接，输出端与所述650/1064nm合波器的公共输入端连接；

所述650/1064nm合波器的输出端与所述第二合束器的第三输入端连接；

所述第二包层光功率剥除器的输入端与所述第二增益光纤连接。

9.根据权利要求1所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，还包括准直隔离器，所述准直隔离器的输入端与所述光纤放大模块输出端连接。

10.根据权利要求1～9任一所述的线偏振连续光纤激光器，其特征在于，所述线偏振连续光纤激光器中所用光纤为保偏光纤，所用器件为保偏器件。

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