CN216773788U - 一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有抑制Yb‑ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，包括：信号光激光器，信号光激光器的输出端连接光纤隔离器，光纤隔离器和泵浦光激光器连接泵浦合束器；泵浦合束器连接混合双包层铒镱共掺光纤；混合双包层铒镱共掺光纤连接包层光剥离器，包层光剥离器连接输出光纤端帽。信号光放大过程中，在混合双包层铒镱共掺光纤中会产生Yb‑ASE。由于Yb‑ASE的波长要小于信号光波长，所以Yb‑ASE在第二双包层铒镱共掺光纤中会激发出比信号光有更多的横模，因此Yb‑ASE会获得更大的调制深度，使得Yb‑ASE的平均传输损耗要大于信号光。在泵浦光的作用下，信号光的增益也远大于Yb‑ASE。本申请可以不影响信号光放大效率，提高Yb‑ASE的传输损耗。

Description

一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及光电子技术和光纤激光放大器领域，尤其涉及一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器。

背景技术

工作波长位于1.5μm波段的光纤激光具有“人眼安全”的特性和极低的光纤传输损耗，在激光雷达、相干光通信、高灵敏度光纤传感领域均有广泛的应用。

目前基于双包层铒镱共掺光纤(EYDF)的光纤放大器是获得高功率、高光束质量的1.5μm波段的光纤激光的主要方式。通过往光纤中掺入适量的镱(Yb)离子，可以提高1.5μm波段的信号光的放大效率。但是，在掺入Yb离子的同时，不可避免的向放大器中引入Yb波段的噪声。波长在1000-1100nm波段的Yb波段放大自发辐射(Yb-ASE)，不但会影响输出信噪比，而且在高功率泵浦条件下，形成Yb上能级粒子数积累，使得Yb-ASE出现激射，限制铒镱离子间的能量传递。这种由于Yb-ASE引起的放大效率下降的现象称为泵浦“瓶颈效应”，是目前限制铒镱共掺光纤激光器输出功率水平的主要因素之一。所以，抑制Yb-ASE是铒镱共掺光纤放大器优化放大效率、提高输出功率的必要手段。

目前常见抑制Yb-ASE的技术手段主要是通过辅助光反馈或优化泵浦光波长的方法。辅助光反馈法通过向铒镱共掺光纤中引入额外的波长Yb-ASE波长范围内的辅助信号光，通过辅助光消耗Yb上能级粒子数实现对Yb-ASE强度的抑制，但是该方法需要额外的辅助光激光器，使得光纤放大器系统成本提高。且需要额外光纤无源器件将辅助光引入到增益光纤中，也提高了放大器链路的损耗。通过优化泵浦光波长也可以有效控制放大器中的Yb-ASE。但是特殊波段的半导体激光器制作成本较高，限制了其广泛应用。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器。

本实用新型提供一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，包括：信号光激光器，其中，所述信号光激光器的输出端连接光纤隔离器，光纤隔离器和泵浦光激光器连接泵浦合束器；

所述泵浦合束器连接混合双包层铒镱共掺光纤；所述混合双包层铒镱共掺光纤连接包层光剥离器，所述包层光剥离器连接输出光纤端帽。

更进一步地，所述混合双包层铒镱共掺光纤包括依次连接的第一双包层铒镱共掺光纤、第二双包层铒镱共掺光纤和第三双包层铒镱共掺光纤；

所述第一双包层铒镱共掺光纤包括第一单模纤芯，所述第一单模纤芯外共轴包覆第一内包层；

所述第二双包层铒镱共掺光纤包括多模纤芯，多模纤芯外共轴包覆第二内包层，所述第二内包层的一端与第一内包层共轴熔接，所述多模纤芯的一端与第一单模纤芯共轴熔接；

所述第三双包层铒镱共掺光纤包括第二单模纤芯，所述第二单模纤芯外共轴包覆第三内包层，所述第二内包层的另一端与第三内包层共轴熔接，所述多模纤芯的另一端与第二单模纤芯共轴熔接。

更进一步地，第一内包层、第二内包层和第三内包层的横截面的直径一致。

更进一步地，根据增益需求设置所述混合双包层铒镱共掺光纤的整体长度，其中第二双包层铒镱共掺光纤的长度至少1m。

更进一步地，所述第一单模纤芯和所述第二单模纤芯的直径小于所述多模纤芯的直径。

更进一步地，所述信号光激光器所输出光的波长在铒镱共掺光纤的增益光谱范围内；所述泵浦光激光器所输出光的波长在铒镱共掺光纤的吸收谱范围内。

更进一步地，所述泵浦合束器通过泵浦光耦合臂光纤连接所述泵浦光激光器的输出光纤，泵浦光耦合臂光纤规格与泵浦光激光器的输出光纤规格匹配；所述泵浦合束器通过信号光耦合臂光纤连接所述光纤隔离器的输出光纤，信号光耦合臂光纤规格与光纤隔离器的输出光纤规格匹配；所述泵浦合束器通过输出端光纤连接所述混合双包层铒镱共掺光纤，输出端光纤规格与所述混合双包层铒镱共掺光纤匹配。

更进一步地，所述光纤隔离器隔离向所述信号光激光器传输的光信号。

更进一步地，所述包层光剥离器去除残余的泵浦光。

更进一步地，所述输出光纤端帽输出信号光并抑制输出端信号光反射。

本实用新型实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型中，所述信号光激光器输出的信号光，经所述光纤隔离器进入泵浦合束器泵浦合束器将信号光和泵浦光激光器所发的泵浦光耦合传输进所述混合双包层铒镱共掺光纤中放大。信号光在泵浦光激光器泵浦光的泵浦作用下被放大后，经所述包层光剥离器从输出光纤端帽输出。包层光剥离器用于残余未被吸收的泵浦光。在信号光放大过程中，所述混合双包层铒镱共掺光纤中会产生波长在1000～1100nm 的Yb-ASE。由于Yb-ASE的波长要小于信号光波长(1500nm左右)，所以Yb-ASE在第二双包层铒镱共掺光纤中会激发出比信号光有更多的横模。由于Yb-ASE参与多模干涉的横模数量要大于信号光激发的横模数，因此Yb-ASE会获得更大的调制深度，使得Yb-ASE的平均传输损耗要大于信号光。同时，通过选择合适的第二双包层铒镱共掺光纤的长度，可以将信号光通过混合双包层铒镱共掺光纤中的传输损耗调整到极低水平。而且在泵浦光的作用下，信号光的增益也远大于Yb-ASE。综合上述因素，以混合双包层铒镱共掺光纤为增益介质的铒镱共掺光纤放大器，可以在不影响信号光放大效率的前提下提高Yb-ASE的传输损耗，实现抑制放大过程中的Yb-ASE。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器整体结构的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的混合双包层铒镱共掺光纤的示意图。

图中标号及含义如下：

1、信号光激光器，2、光纤隔离器，3、泵浦光激光器，4、泵浦合束器，5、混合双包层铒镱共掺光纤，51、第一双包层铒镱共掺光纤， 511、第一单模纤芯，512、第一内包层，52、第二双包层铒镱共掺光纤，521、多模纤芯，522、第二内包层，53、第三双包层铒镱共掺光纤，531、第二单模纤芯，532、第三内包层，6、包层光剥离器，7、输出光纤端帽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合参阅图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种具有抑制 Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，包括：信号光激光器1，其中，所述信号光激光器1所输出光的波长在铒镱共掺光纤的增益光谱范围 (即铒离子激发波段)内。所述信号光激光器1可以采用光纤激光器，也可以采用固体激光器，本申请实施例对此不做限制。一种可行的信号光激光器1所发光的中心波长为1550nm，输出功率30mW，光谱宽度 630Hz。

所述信号光激光器1的输出端连接光纤隔离器2，所述光纤隔离器允许光信号从信号光激光器1向外传播，所述光纤隔离器2隔离向所述信号光激光器1传输的光信号。

光纤隔离器2和泵浦光激光器3连接泵浦合束器4；所述泵浦合束器4连接混合双包层铒镱共掺光纤5；具体的，所述泵浦合束器4可以是(2+1)×1类型，也可以是(6+1)×1类型，所述泵浦合束器4通过泵浦光耦合臂光纤连接所述泵浦光激光器3的输出光纤，泵浦光耦合臂光纤规格与泵浦光激光器3的输出光纤规格匹配；所述泵浦合束器4通过信号光耦合臂光纤连接所述光纤隔离器2的输出光纤，信号光耦合臂光纤规格与光纤隔离器2的输出光纤规格匹配；所述泵浦合束器4 通过输出端光纤连接所述混合双包层铒镱共掺光纤5，输出端光纤规格与所述混合双包层铒镱共掺光纤5匹配。

具体的，所述泵浦光激光器3所输出光的波长在铒镱共掺光纤的吸收谱范围(即镱离子的吸收波段)内。所述泵浦光激光器3可以采用半导体激光器，一种可行的所述泵浦光激光器3所发光的波长为 976nm。

具体实施过程中，参阅图2所示，所述混合双包层铒镱共掺光纤5 包括依次连接的第一双包层铒镱共掺光纤51、第二双包层铒镱共掺光纤52和第三双包层铒镱共掺光纤53；

所述第一双包层铒镱共掺光纤51包括第一单模纤芯511，所述第一单模纤芯511外共轴包覆第一内包层512；

所述第二双包层铒镱共掺光纤52包括多模纤芯521，多模纤芯521 外共轴包覆第二内包层522，所述第二内包层522的一端与第一内包层 512共轴熔接，所述多模纤芯521的一端与第一单模纤芯511共轴熔接；

所述第三双包层铒镱共掺光纤53包括第二单模纤芯531，所述第二单模纤芯531外共轴包覆第三内包层532，所述第二内包层522的另一端与第三内包层532共轴熔接，所述多模纤芯521的另一端与第二单模纤芯531共轴熔接。

所述第一内包层512、所述第二内包层522和所述第三内包层532 的横截面的直径一致。所述第一单模纤芯511和所述第二单模纤芯531 的直径小于所述多模纤芯的直径。

具体应用过程中，根据增益需求设置所述混合双包层铒镱共掺光纤5的整体长度，其中所述第二双包层铒镱共掺光纤52的长度至少1m。

具体实施过程中，一种可行的所述第一双包层铒镱共掺光纤51的第一单模纤芯511的直径为6微米，第一内包层512的直径为125微米，所述第一双包层铒镱共掺光纤51的长度为1m。一种可行的所述第二双包层铒镱共掺光纤52的多模纤芯521的直径为12微米，第二内包层522的直径为125微米，所述第二双包层铒镱共掺光纤51的长度至少为1m。一种可行的所述第三双包层铒镱共掺光纤53的第二单模纤芯531的直径为6微米，第三内包层532的直径为125微米，所述第三双包层铒镱共掺光纤53的长度为1m。

具体实施过程中，所述混合双包层铒镱共掺光纤5的熔接处涂有低折射匹配液涂层，增强连接强度降低泵浦光散射。

所述混合双包层铒镱共掺光纤5连接包层光剥离器6，所述包层光剥离器6连接输出光纤端帽7。所述包层光剥离器6去除残余的泵浦光。所述输出光纤端帽7输出信号光并抑制输出端信号光反射。

本实用新型实施例提供一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器的工作原理如下：

所述信号光激光器1输出的信号光，经所述光纤隔离器2进入泵浦合束器4，泵浦合束器4将信号光和泵浦光激光器3所发的泵浦光耦合传输进所述混合双包层铒镱共掺光纤5中。信号光在泵浦光激光器3 泵浦光的泵浦作用下被放大后，经所述包层光剥离器6从输出光纤端帽7输出。包层光剥离器6用于残余未被吸收的泵浦光。在信号光放大过程中，所述混合双包层铒镱共掺光纤5中会产生波长在 1000～1100nm的Yb-ASE。由于Yb-ASE的波长要小于信号光波长(1500nm 左右)，所以Yb-ASE在第二双包层铒镱共掺光纤中会激发出比信号光有更多的横模。由于Yb-ASE参与多模干涉的横模数量要大于信号光激发的横模数，因此Yb-ASE会获得更大的调制深度，使得Yb-ASE的平均传输损耗要大于信号光。同时，通过选择合适的第二双包层铒镱共掺光纤的长度，可以将信号光通过混合双包层铒镱共掺光纤5的传输损耗调整到极低水平。而且在泵浦光的作用下，信号光的增益也远大于Yb-ASE。综合上述因素，以混合双包层铒镱共掺光纤5为增益介质的铒镱共掺光纤放大器，可以在不影响信号光放大效率的前提下提高Yb-ASE的传输损耗，实现抑制放大过程中Yb-ASE的作用。

在本实用新型所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，包括：信号光激光器(1)，其中，所述信号光激光器(1)的输出端连接光纤隔离器(2)，光纤隔离器(2)和泵浦光激光器(3)连接泵浦合束器(4)；所述泵浦合束器(4)连接混合双包层铒镱共掺光纤(5)；

所述混合双包层铒镱共掺光纤(5)连接包层光剥离器(6)，所述包层光剥离器(6)连接输出光纤端帽(7)。

2.根据权利要求1所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述混合双包层铒镱共掺光纤(5)包括依次连接的第一双包层铒镱共掺光纤(51)、第二双包层铒镱共掺光纤(52)和第三双包层铒镱共掺光纤(53)；

所述第一双包层铒镱共掺光纤(51)包括第一单模纤芯(511)，所述第一单模纤芯(511)外共轴包覆第一内包层(512)；

所述第二双包层铒镱共掺光纤(52)包括多模纤芯(521)，多模纤芯(521)外共轴包覆第二内包层(522)，所述第二内包层(522)的一端与第一内包层(512)共轴熔接，所述多模纤芯(521)的一端与第一单模纤芯(511)共轴熔接；

所述第三双包层铒镱共掺光纤(53)包括第二单模纤芯(531)，所述第二单模纤芯(531)外共轴包覆第三内包层(532)，所述第二内包层(522)的另一端与第三内包层(532)共轴熔接，所述多模纤芯(521)的另一端与第二单模纤芯(531)共轴熔接。

3.根据权利要求2所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，第一内包层(512)、第二内包层(522)和第三内包层(532)的横截面的直径一致。

4.根据权利要求2所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述第一单模纤芯(511)和所述第二单模纤芯(531)的直径小于所述多模纤芯的直径。

5.根据权利要求2所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，根据增益需求设置所述混合双包层铒镱共掺光纤(5)的整体长度，其中第二双包层铒镱共掺光纤(52)的长度至少1m。

6.根据权利要求1所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述信号光激光器(1)所输出光的波长在铒镱共掺光纤的增益光谱范围内；所述泵浦光激光器(3)所输出光的波长在铒镱共掺光纤的吸收谱范围内。

7.根据权利要求1所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述泵浦合束器(4)通过泵浦光耦合臂光纤连接所述泵浦光激光器(3)的输出光纤，泵浦光耦合臂光纤规格与泵浦光激光器(3)的输出光纤规格匹配；所述泵浦合束器(4)通过信号光耦合臂光纤连接所述光纤隔离器(2)的输出光纤，信号光耦合臂光纤规格与光纤隔离器(2)的输出光纤规格匹配；所述泵浦合束器(4)通过输出端光纤连接所述混合双包层铒镱共掺光纤(5)，输出端光纤规格与所述混合双包层铒镱共掺光纤(5)匹配。

8.根据权利要求1所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述光纤隔离器(2)隔离向所述信号光激光器(1)传输的光信号。

9.根据权利要求1所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述包层光剥离器(6)去除残余的泵浦光。

10.根据权利要求1所述具有抑制Yb-ASE作用的铒镱共掺光纤放大器，其特征在于，所述输出光纤端帽(7)输出信号光并抑制输出端信号光反射。

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