CN216390019U - 光纤放大器及激光雷达 - Google Patents

Abstract

一种光纤放大器及激光雷达，涉及激光技术领域。该光纤放大器包括种子源、第一波分复用器、信号传输模块、第一级放大模块和第二级放大模块；种子源包括集成于一体的至少两个激光器，至少两个激光器用于发射至少两束不同波长的脉冲激光；第一波分复用器与至少两个激光器的输出端一一对应连接；信号传输模块的第一端与第一波分复用器的输出端连接；第一级放大模块与信号传输模块的第二端连接，用于对信号传输模块输出的脉冲激光进行功率放大，以得到第一功率放大信号；第二级放大模块与信号传输模块的第三端连接，用于对信号传输模块的第三端输出的第一功率放大信号进行功率放大并输出。该光纤放大器及激光雷达结构紧凑、体积小。

Description

光纤放大器及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种光纤放大器及激光雷达。

背景技术

现有的光纤放大器的封装尺寸较大，限制了激光产品的使用范围，而随着激光设备市场的竞争越来越激烈，设备要求的体积越来越小，小型化的封装已成为了激光设备产品的根本趋势。因此，如何提供一种结构紧凑、体积小的光纤放大器成为了目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤放大器及激光雷达，该光纤放大器及激光雷达结构紧凑、体积小。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型的一方面，提供一种光纤放大器，该光纤放大器包括：种子源，包括集成于一体的至少两个激光器，至少两个激光器用于发射至少两束不同波长的脉冲激光；第一波分复用器，与至少两个激光器的输出端一一对应连接，用于对至少两束不同波长的脉冲激光进行波分复用处理；信号传输模块，信号传输模块的第一端与第一波分复用器的输出端连接；第一级放大模块，与信号传输模块的第二端连接，用于对信号传输模块输出的脉冲激光进行功率放大，以得到第一功率放大信号，并使得第一功率放大信号依次经信号传输模块的第二端和信号传输模块的第三端后输出；第二级放大模块，与信号传输模块的第三端连接，用于对信号传输模块的第三端输出的第一功率放大信号进行功率放大并输出。该光纤放大器及激光雷达结构紧凑、体积小。

可选地，光纤放大器还包括至少两个第一隔离器，至少两个第一隔离器一一对应连接于每个激光器的输出端，且每个第一隔离器的输出端一一对应与第一波分复用器的每个输入端连接。

可选地，第一级放大模块包括：第一泵浦源，用于发射第一泵浦光；第二波分复用器，第二波分复用器的第一端与信号传输模块的第二端连接，第二波分复用器的第二端与第一泵浦源连接，第二波分复用器用于对第一泵浦光和信号传输模块输出的脉冲激光进行波分复用处理；第一增益光纤，第一增益光纤的第一端与第二波分复用器的第三端连接，第一增益光纤对脉冲激光进行两次功率放大，第一次功率放大是对第二波分复用器输出的脉冲激光进行功率放大；反射器，与第一增益光纤的第二端连接，用于将第一增益光纤输出的第一次功率放大后的脉冲激光反射回第一增益光纤，使得第一增益光纤对第一次功率放大后的脉冲激光进行第二次功率放大，以得到第一功率放大信号。

可选地，第一泵浦源为单模泵浦源，第一增益光纤为掺铒光纤；或者，第一泵浦源为多模泵浦源，第一增益光纤为铒镱共掺光纤。

可选地，第一级放大模块还包括第一散热装置，第一散热装置用于对第一泵浦源进行降温处理。

可选地，第二级放大模块包括：第二泵浦源，用于发射第二泵浦光；第二增益光纤，第二增益光纤的第一端与信号传输模块的第三端连接；合束器，合束器的第一输入端与第二增益光纤的第二端连接，合束器的第二输入端与第二泵浦源连接，合束器的输出端用于输出经第二增益光纤放大后的功率放大信号，其中，第二泵浦光与第一功率放大信号分别入射至合束器的方向相反。

可选地，第二级放大模块还包括：第二隔离器，第二隔离器的输入端与信号传输模块的第三端连接；滤波器，滤波器的输入端与第二隔离器的输出端连接，滤波器的输出端与第二增益光纤的第一端连接，滤波器用于滤除第一功率放大信号中的噪声。

可选地，第二级放大模块还包括准直器，准直器与合束器的输出端连接，用于准直合束器输出的功率放大信号。

可选地，第二泵浦源为单模泵浦源，第二增益光纤为掺铒光纤；或者，第二泵浦源为多模泵浦源，第二增益光纤为铒镱共掺光纤。

可选地，第二级放大模块还包括第二散热装置，第二散热装置用于对第二泵浦源进行降温处理。

本实用新型的另一方面，提供一种激光雷达，该激光雷达包括上述的光纤放大器。

本实用新型的有益效果包括：

本申请提供的光纤放大器，包括集成于一体的至少两个激光器，至少两个激光器用于发射至少两束不同波长的脉冲激光；第一波分复用器，与至少两个激光器的输出端一一对应连接，用于对至少两束不同波长的脉冲激光进行波分复用处理；信号传输模块，信号传输模块的第一端与第一波分复用器的输出端连接；第一级放大模块，与信号传输模块的第二端连接，用于对信号传输模块输出的脉冲激光进行功率放大，以得到第一功率放大信号，并使得第一功率放大信号依次经信号传输模块的第二端和信号传输模块的第三端后输出；第二级放大模块，与信号传输模块的第三端连接，用于对信号传输模块的第三端输出的第一功率放大信号进行功率放大并输出。这样，在使用时，种子源出射的至少两束不同波长的脉冲激光通过第一波分复用器耦合在一起后，传输至信号传输模块，再通过信号传输模块后进入第一级放大模块进行第一级放大，得到第一功率放大信号；然后再通过信号传输模块后进入第二级放大模块进行第二级放大并输出。这样，种子源出射的脉冲激光可以通过两级放大，进而使得功率得到大幅提升；同时，由于本申请的种子源包括集成于一体的至少两个激光器，且至少两个激光器可以出射至少两束不同波长的脉冲激光，因此，本申请最终出射的脉冲激光至少具有两种不同的波长，且不会大幅增加光纤放大器的体积，能够有效降低光纤放大器的体积，从而适用于多种场景的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型一些实施例提供的光纤放大器的结构示意图之一；

图2为本实用新型一些实施例提供的光纤放大器的结构示意图之二；

图3为本实用新型一些实施例提供的光纤放大器的结构示意图之三。

图标：10-种子源；11-激光器；20-第一波分复用器；30-信号传输模块；40-第一级放大模块；41-第一泵浦源；42-第二波分复用器；43-第一增益光纤；44-反射器；45-第一散热装置；50-第二级放大模块；51-第二泵浦源；52-第二增益光纤；53-合束器；54-第二隔离器；55-滤波器；56-准直器；57-第二散热装置；60-第一隔离器。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种光纤放大器，该光纤放大器包括：种子源10，包括集成于一体的至少两个激光器11，至少两个激光器11用于发射至少两束不同波长的脉冲激光；第一波分复用器20，与至少两个激光器11的输出端一一对应连接，用于对至少两束不同波长的脉冲激光进行波分复用处理；信号传输模块30，信号传输模块30的第一端与第一波分复用器20的输出端连接；第一级放大模块40，与信号传输模块30的第二端连接，用于对信号传输模块30输出的脉冲激光进行功率放大，以得到第一功率放大信号，并使得第一功率放大信号依次经信号传输模块30的第二端和信号传输模块30的第三端后输出；第二级放大模块50，与信号传输模块30的第三端连接，用于对信号传输模块30的第三端输出的第一功率放大信号进行功率放大并输出。该光纤放大器及激光雷达结构紧凑、体积小。

示例性地，种子源10可以选择能够输出中心波长为1550nm和1064nm的DFB直调脉冲种子源10。种子源10通过电路调制可以发射峰值功率为10mW的脉冲激光。

在本实施例中，请参照图2所示，种子源10包括集成于一体的至少两个激光器11，至少两个激光器11用于发射至少两束不同波长的脉冲激光。例如，种子源10可以包括集成于一体的两个激光器11，两个激光器11分别用于发射不同波长的脉冲激光；或者，种子源10可以包括集成于一体的三个激光器11，三个激光器11中的至少两个激光器11用于发射不同波长的脉冲激光。需要说明的是，种子源10包括集成在一起的两个激光器11或者三个激光器11为本申请的两种示例，并非是对种子源10所集成在一起的激光器11的数量的限制，在其他的实施例中，种子源10还可以将超过三个激光器11集成在一起。本申请的种子源10将至少两个激光器11集成在一起(即至少两个激光器11封装在一起以形成种子源10)，且至少两个激光器11用于发射至少两束不同波长的脉冲激光。这样，不仅能够发射至少两种不同波长的脉冲激光，而且能够缩小种子源10的体积，进而缩小整个光纤放大器的体积。

第一波分复用器20具有至少两个输入端，在本实施例中，第一波分复用器20的输入端的数量与激光器11的数量相同，这样，每个激光器11可以与第一波分复用器20的输入端一一对应。第一波分复用器20用于对种子源10出射的至少两束不同波长的脉冲激光进行波分复用处理，也即用于将种子源10出射的不同波长的脉冲激光耦合在一起，并传输至信号传输模块30。

信号传输模块30具有三个端口，即第一端、第二端和第三端，其中，第一端和第一波分复用器20连接，第二端和第一级放大模块40连接，第三端和第二级放大模块50连接。在本实施例中，信号传输模块30为环形器。

第一级放大模块40连接于信号传输模块30的第二端，其用于对种子源10出射的脉冲激光进行放大，以得到第一功率放大信号。通过设置第一级放大模块40能够提高脉冲激光的功率，并减少光谱中的掺杂成分。

第二级放大模块50连接于信号传输模块30的第三端，这样，第一功率放大信号便可以依次经信号传输模块30的第二端和信号传输模块30的第三端后被第二级放大模块50接收。第二级放大模块50用于对第一级放大模块40输出的第一功率放大信号进行再次放大，进而进一步提高脉冲激光的功率。本申请提供的光纤放大器实际上是对种子源10出射的脉冲激光进行了两级放大，因此能够输出高功率脉冲激光。

综上所述，本申请提供的光纤放大器，包括集成于一体的至少两个激光器11，至少两个激光器11用于发射至少两束不同波长的脉冲激光；第一波分复用器20，与至少两个激光器11的输出端一一对应连接，用于对至少两束不同波长的脉冲激光进行波分复用处理；信号传输模块30，信号传输模块30的第一端与第一波分复用器20的输出端连接；第一级放大模块40，与信号传输模块30的第二端连接，用于对信号传输模块30输出的脉冲激光进行功率放大，以得到第一功率放大信号，并使得第一功率放大信号依次经信号传输模块30的第二端和信号传输模块30的第三端后输出；第二级放大模块50，与信号传输模块30的第三端连接，用于对信号传输模块30的第三端输出的第一功率放大信号进行功率放大并输出。这样，在使用时，种子源10出射的至少两束不同波长的脉冲激光通过第一波分复用器20耦合在一起后，传输至信号传输模块30，再通过信号传输模块30后进入第一级放大模块40进行第一级放大，得到第一功率放大信号；然后再通过信号传输模块30后进入第二级放大模块50进行第二级放大并输出。这样，种子源10出射的脉冲激光可以通过两级放大，进而使得功率得到大幅提升；同时，由于本申请的种子源10包括集成于一体的至少两个激光器11，且至少两个激光器11可以出射至少两束不同波长的脉冲激光，因此，本申请最终出射的脉冲激光至少具有两种不同的波长，且不会大幅增加光纤放大器的体积，能够有效降低光纤放大器的体积，从而适用于多种场景的需求。

请参照图2所示，可选地，光纤放大器还包括至少两个第一隔离器60，至少两个第一隔离器60一一对应连接于每个激光器11的输出端，且每个第一隔离器60的输出端一一对应与第一波分复用器20的每个输入端连接。这样，种子源10发射的脉冲激光进入第一隔离器60后，第一隔离器60能够保护种子源10不收回光的损伤。

在本实施例中，请参照图1所示，第一级放大模块40包括第一泵浦源41、第二波分复用器42、第一增益光纤43和反射器44。其中，第一泵浦源41用于发射第一泵浦光；第二波分复用器42的第一端与信号传输模块30的第二端连接，第二波分复用器42的第二端与第一泵浦源41连接，第二波分复用器42用于对第一泵浦光和信号传输模块30输出的脉冲激光进行波分复用处理；第一增益光纤43的第一端与第二波分复用器42的第三端连接，第一增益光纤43用于对脉冲激光进行两次功率放大，第一次功率放大是对第二波分复用器42输出的脉冲激光进行功率放大；反射器44与第一增益光纤43的第二端连接，用于将第一增益光纤43输出的第一功率放大后的脉冲激光反射回第一增益光纤43，使得第一增益光纤43对第一功率放大后的脉冲激光进行第二次功率放大，以得到第一功率放大信号。

示例性地，上述第一泵浦源41可以为单模泵浦源，第一增益光纤43为掺铒光纤；或者，第一泵浦源41为多模泵浦源，第一增益光纤43为铒镱共掺光纤。

示例性地，上述反射器44可以为反射镜或者高反光栅等，具体地，本领域技术人员可以根据需要自行选择，本申请不做限制。

需要说明的是，第一级放大模块40通过第二波分复用器42将第一泵浦源41发射的第一泵浦光和自信号传输模块30输出的脉冲激光耦合后，再通过第一增益光纤43进行功率放大。然后，自第一增益光纤43输出的光束再通过反射器44反射后，再次入射第一增益光纤43，从而进行第二次功率放大，以得到第一功率放大信号。这时，第一功率放大信号分别经由信号传输模块30的第二端和信号传输模块30的第三端后输入至第二级放大模块50。也就是说，在本实施例中，第一级放大模块40可以仅仅通过一个增益光纤实现对种子源10出射的脉冲激光进行两次功率放大。如此，一方面，可以有效提升功率；另一方面，在提升功率不变的情况下，可以有效缩减第一增益光纤43的长度，进而缩小光纤放大器的整体体积。

请参照图3，可选地，在本实施例中，第一级放大模块40还可以包括第一散热装置45，第一散热装置45用于对第一泵浦源41进行降温处理。这样，当光纤放大器应用于高温环境中时，可以提高第一泵浦源41的使用寿命。

在本实施例中，请参照图1所示，第二级放大模块50包括第二泵浦源51、第二增益光纤52以及合束器53。其中，第二泵浦源51用于发射第二泵浦光；第二增益光纤52的第一端与信号传输模块30的第三端连接；合束器53的第一输入端与第二增益光纤52的第二端连接，合束器53的第二输入端与第二泵浦源51连接，合束器53的输出端用于输出经第二增益光纤52放大后的功率放大信号，其中，第二泵浦光与第一功率放大信号分别入射至合束器53的方向相反。

其中，第二泵浦源51可以为单模泵浦源，第二增益光纤52为掺铒光纤；或者，第二泵浦源51也可以为多模泵浦源，第二增益光纤52为铒镱共掺光纤。具体地，本领域技术人员可以根据需要自行选择，本申请不做限制。

为保护信号传输模块30不受回光的损伤或干扰，并且为了滤除第一功率放大信号中的噪声，在本实施例中，第二级放大模块50还包括第二隔离器54和滤波器55。其中，第二隔离器54的输入端与信号传输模块30的第三端连接；滤波器55的输入端与第二隔离器54的输出端连接，滤波器55的输出端与第二增益光纤52的第一端连接，滤波器55用于滤除第一功率放大信号中的噪声。示例性地，滤波器55滤除的噪声可以为放大器自发辐射噪声。

为使得经光纤放大器后输出的光束能够准直出射，在本市实施例中，可选地，第二级放大模块50还包括准直器56，准直器56与合束器53的输出端连接，用于准直合束器53输出的功率放大信号。

请参照图3，为了对第二泵浦源51进行保护，避免第二泵浦源51受到高温影响，在本实施例中，第二级放大模块50还包括第二散热装置57，第二散热装置57用于对第二泵浦源51进行降温处理。其中，第二散热装置57和前文中的第一散热装置45可以为水冷降温也可以为风冷降温，具体地，本领域技术人员可以根据需要自行选择，本申请不做限制。

第二实施例

本实用新型的另一方面，提供一种激光雷达，该激光雷达包括上述的光纤放大器。由于该光纤放大器的具体结构及其有效效果均已在前文做了详细阐述，故本申请在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光纤放大器，其特征在于，包括：

种子源，包括集成于一体的至少两个激光器，至少两个所述激光器用于发射至少两束不同波长的脉冲激光；

第一波分复用器，与至少两个所述激光器的输出端一一对应连接，用于对至少两束不同波长的脉冲激光进行波分复用处理；

信号传输模块，所述信号传输模块的第一端与所述第一波分复用器的输出端连接；

第一级放大模块，与所述信号传输模块的第二端连接，用于对所述信号传输模块输出的脉冲激光进行功率放大，以得到第一功率放大信号，并使得所述第一功率放大信号依次经所述信号传输模块的第二端和所述信号传输模块的第三端后输出；

第二级放大模块，与所述信号传输模块的第三端连接，用于对所述信号传输模块的第三端输出的所述第一功率放大信号进行功率放大并输出。

2.根据权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器还包括至少两个第一隔离器，至少两个所述第一隔离器一一对应连接于每个激光器的输出端，且每个所述第一隔离器的输出端一一对应与所述第一波分复用器的每个输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的光纤放大器，其特征在于，所述第一级放大模块包括：

第一泵浦源，用于发射第一泵浦光；

第二波分复用器，所述第二波分复用器的第一端与所述信号传输模块的第二端连接，所述第二波分复用器的第二端与所述第一泵浦源连接，所述第二波分复用器用于对所述第一泵浦光和所述信号传输模块输出的脉冲激光进行波分复用处理；

第一增益光纤，所述第一增益光纤的第一端与所述第二波分复用器的第三端连接，所述第一增益光纤对脉冲激光进行两次功率放大，第一次功率放大是对所述第二波分复用器输出的脉冲激光进行功率放大；

反射器，与所述第一增益光纤的第二端连接，用于将所述第一增益光纤输出的第一次功率放大后的脉冲激光反射回所述第一增益光纤，使得所述第一增益光纤对第一次功率放大后的脉冲激光进行第二次功率放大，以得到所述第一功率放大信号。

4.根据权利要求3所述的光纤放大器，其特征在于，所述第一泵浦源为单模泵浦源，所述第一增益光纤为掺铒光纤；或者，所述第一泵浦源为多模泵浦源，所述第一增益光纤为铒镱共掺光纤。

5.根据权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于，所述第一级放大模块还包括第一散热装置，所述第一散热装置用于对所述第一泵浦源进行降温处理。

6.根据权利要求1或2所述的光纤放大器，其特征在于，所述第二级放大模块包括：

第二泵浦源，用于发射第二泵浦光；

第二增益光纤，所述第二增益光纤的第一端与所述信号传输模块的第三端连接；

合束器，所述合束器的第一输入端与所述第二增益光纤的第二端连接，所述合束器的第二输入端与所述第二泵浦源连接，所述合束器的输出端用于输出经所述第二增益光纤放大后的功率放大信号，其中，所述第二泵浦光与所述第一功率放大信号分别入射至所述合束器的方向相反。

7.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于，所述第二级放大模块还包括：

第二隔离器，所述第二隔离器的输入端与所述信号传输模块的第三端连接；

滤波器，所述滤波器的输入端与所述第二隔离器的输出端连接，所述滤波器的输出端与所述第二增益光纤的第一端连接，所述滤波器用于滤除所述第一功率放大信号中的噪声。

8.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于，所述第二级放大模块还包括准直器和/或第二散热装置；

所述准直器与所述合束器的输出端连接，用于准直所述合束器输出的功率放大信号；

所述第二散热装置用于对所述第二泵浦源进行降温处理。

9.根据权利要求6所述的光纤放大器，其特征在于，所述第二泵浦源为单模泵浦源，所述第二增益光纤为掺铒光纤；或者，所述第二泵浦源为多模泵浦源，所述第二增益光纤为铒镱共掺光纤。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的光纤放大器。

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