CN218275503U - 一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其光路中：种子光源提供1550nm的信号光；第一隔离器的输入端与种子光源连接；环形器的第一端口与第一隔离器的输出端连接；第一泵浦源提供泵浦光，第一合束器的输入端与第一泵浦源、环形器的第二端口均连接，第一增益光纤一端与第一合束器的输出端连接、另一端连接端面镀有反射膜的单模光纤；第一滤波器的输入端与环形器的第三端口连接；第二泵浦源提供泵浦光，第二合束器的输入端与第二泵浦源、第一滤波器的输出端均连接，第二增益光纤一端与第二合束器的输出端连接；第二滤波器的输入端与第一增益光纤另一端连接。该MOPA脉冲光纤激光器在实现低ASE噪声的同时，能够增大输出功率，实现更远探测距离。

Description

一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器。

背景技术

高功率饵镱共掺光纤激光器和放大器具有结构紧凑、效率高、人眼安全等优点，在工业、医疗、通信、军事、空间通信以及科研等领域有着很好的应用前景。为了得到高光束质量的高功率激光输出，高功率光纤激光系统通常采用主振功率放大器(masteroscillatorpower amplifier， MOPA)的结构，由主振荡器产生高质量的种子光，然后通过一级或多级光纤放大器来提高输出功率或脉冲能量。

1550nm MOPA脉冲光纤激光器由于高光束质量出光，能够实现图像级别扫描，作为高精度激光雷达应用于车载、测绘等领域。由于目前对探测距离要求越来越高，200M的距离已不满足特殊领域的要求，500M甚至1000M的探测距离有更多应用场景，因此大功率光纤激光器和更大倍增因子APD市场需求越来越多。

在脉冲光纤放大器中，放大的自发辐射(amplifiedspontaneous emission，ASE)是影响放大器输出脉冲能量的一个重要因素。在高功率抽运情况下，两个脉冲之间放大器的增益会迅速提高，ASE会迅速积累以至达到饱和。ASE自饱和以及由此导致的寄生振荡会消耗上能级的粒子数，从而限制了以激活粒子的形式储存在增益光纤中的能量。虽然采用大模场面积的增益光纤可以增加光纤中储能，但光纤芯径的增大会导致输出光束质量的降低，并且只要抽运功率足够高，ASE自饱和仍不可避免。车载和测绘类激光雷达由于载体对承重量与空间要求，对MOPA光纤激光器小型化和模块化的同时，还需要有更大的输出功率，更小的ASE噪声。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对已有的技术现状，提供一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，在实现低ASE噪声的同时，能够增大输出功率，实现更远探测距离。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，包括种子光源、第一隔离器、环形器、一级放大结构、第一滤波器以及二级放大结构和第二滤波器；

所述种子光源用于为MOPA脉冲光纤激光器提供1550nm的信号光；

所述第一隔离器的输入端与种子光源连接；

所述环形器为三端口器件，且其第一端口与第一隔离器的输出端连接；

所述一级放大结构包括第一泵浦源、第一合束器和第一增益光纤，第一泵浦源用于为一级放大结构提供泵浦光形成粒子反转，第一合束器的输入端与第一泵浦源、环形器的第二端口均连接，第一增益光纤一端与第一合束器的输出端连接、另一端连接单模光纤且该单模光纤的端面上镀有反射膜，反射膜用于反射信号光；

所述第一滤波器的输入端与环形器的第三端口连接，用于滤掉非信号光以及ASE噪声；

所述二级放大结构包括第二泵浦源、第二合束器和第二增益光纤，第二泵浦源用于为二级放大结构提供泵浦光形成粒子反转，第二合束器的输入端与第二泵浦源、第一滤波器的输出端均连接，第一增益光纤一端与第二合束器的输出端连接；

所述第二滤波器的输入端与第一增益光纤另一端连接，用于滤掉非信号光以及ASE噪声。

进一步的，还包括第一耦合器和第一PD探测器，第一耦合器的输入端与第一隔离器的输出端连接，环形器的第一端口与第一耦合器的第一输出端口与连接，第一PD探测器与第一耦合器的第二输出端口连接。

进一步的，所述第一耦合器中第一输出端口与第二输出端口的输出比为99：1。

进一步的，还包括第二耦合器、衰减器、第二PD探测器和隔离器，第二耦合器的输入端与第一滤波器的输出端连接，第二隔离器的输入端与第二耦合器的第一输出端口连接，第二合束器的输入端与第二隔离器的输出端连接，衰减器的输入端与第二耦合器的第二输出端口连接，第二PD探测器与衰减器的输出端连接。

进一步的，所述第二耦合器中第一输出端口与第二输出端口的输出比为95：5。

进一步的，所述第一隔离器集成封装在种子光源内。

进一步的，所述泵浦源为940nm或915nm泵浦光源。

本实用新型的有益效果为：

相比于现有技术，其高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器能够集成在小模块中，应用于车载和测绘领域；设计了两级放大结构，在实现低ASE噪声的同时，能够增大输出功率，实现更远探测距离。

附图说明

图1为本实用新型MOPA脉冲光纤激光器的光路结构示意图。

标注说明：1、种子光源，2、第一隔离器，3、第一耦合器，4、第一PD探测器，5、环形器，6、第一合束器，7、第一泵浦源，8、第一增益光纤，9、第一滤波器，10、第二耦合器，11、衰减器，12、第二PD探测器，13、第二隔离器，14、第二泵浦源，15、第二合束器，16、第二增益光纤，17、第二滤波器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参阅图1所示，一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，包括种子光源1、第一隔离器2、环形器5、一级放大结构、第一滤波器9以及二级放大结构和第二滤波器17。

种子光源1用于为MOPA脉冲光纤激光器提供1550nm的信号光。

第一隔离器2的输入端与种子光源1连接。为使模块小型化并降低成本，优选的是，第一隔离器2集成封装在种子光源1内。

环形器5为三端口器件，且其第一端口与第一隔离器2的输出端连接。具体的，环形器5的隔离度要求≥40dB，插入损耗≤0.8dB。

一级放大结构包括第一泵浦源7、第一合束器6和第一增益光纤8，第一泵浦源7用于为一级放大结构提供泵浦光形成粒子反转，第一合束器6的输入端与第一泵浦源7、环形器5的第二端口均连接，第一增益光纤8一端与第一合束器6的输出端连接、另一端连接单模光纤且该单模光纤的端面上镀有反射膜，反射膜用于反射信号光。

其中：第一泵浦源7为多模泵浦激光器，输出功率大于10W。可选的是，第一泵浦源7为940nm或915nm泵浦光源；第一合束器6的信号光插损≤0.2dB，泵浦通过率＞90%；第一增益光纤8为双包层铒镱共掺光纤，作为MOPA脉冲光纤激光器中的增益介质，可将信号光的功率放大；反射膜的误差为1550±2nm，反射率＞99.5%。

第一滤波器9的输入端与环形器5的第三端口连接，用于滤掉非信号光以及ASE噪声。具体的，第一滤波器9的误差为1550±2nm，插入损耗≤0.3dB。

二级放大结构包括第二泵浦源14、第二合束器15和第二增益光纤16，第二泵浦源14用于为二级放大结构提供泵浦光形成粒子反转，第二合束器15的输入端与第二泵浦源14、第一滤波器9的输出端均连接，第二增益光纤16一端与第二合束器15的输出端连接。

其中：第二泵浦源14为多模泵浦激光器，输出功率大于10W。可选的是，第二泵浦源14为940nm或915nm泵浦光源；第二合束器15的信号光插损≤0.2dB，泵浦通过率＞90%；第二增益光纤16为双包层铒镱共掺光纤，作为MOPA脉冲光纤激光器中的增益介质，可将经一级放大结构放大后的信号光的功率再次放大。

第二滤波器17的输入端与第一增益光纤16另一端连接，用于滤掉非信号光以及ASE噪声，第二滤波器17的输出端的信号光的Output。具体的，第二滤波器17的误差为1550±2nm，插入损耗≤0.3dB。

上述技术方案，还包括第一耦合器3和第一PD探测器4，第一耦合器3的输入端与第一隔离器2的输出端连接，环形器5的第一端口与第一耦合器3的第一输出端口与连接，第一PD探测器4与第一耦合器3的第二输出端口连接。

作为其中一种实施方式，第一耦合器3中第一输出端口与第二输出端口的输出比为99：1。

按照以上设计，经第一耦合器3的99%信号光进入主光路，1%信号光进入第一PD探测器4用作监控光。

上述技术方案，还包括第二耦合器10、衰减器11、第二PD探测器12和隔离器13，第二耦合器10的输入端与第一滤波器9的输出端连接，第二隔离器13的输入端与第二耦合器10的第一输出端口连接，第二合束器15的输入端与第二隔离器13的输出端连接，衰减器11的输入端与第二耦合器10的第二输出端口连接，第二PD探测器12与衰减器11的输出端连接。

其中：第二隔离器13的作用是阻止反向ASE噪声影响第二PD探测器12的探测数据；对于PD探测器，其可测峰值功率≤10mW，因而选用衰减器11，将第一滤波器9的出光衰减至PD探测器的可测范围。

例如，当MOPA脉冲光纤激光器的峰值功率超过2KW，第一滤波器9的出光平均峰值功率可达1KW，选用衰减值为30 dB的衰减器11，将第一滤波器9的出光衰减1000倍。

作为其中一种实施方式，第二耦合器10中第一输出端口与第二输出端口的输出比为95：5。

按照以上设计，经第第二耦合器10的95%信号光进入主光路，5%信号光进入第二PD探测器12用作监控光。

该MOPA脉冲光纤激光器的光路结构中设计了两级放大结构，种子光源1发出信号光，经环形器5进入一级放大结构，在第一增益光纤8中进行一次信号放大，放大后的信号光通过反射膜反射回到主光路，再次经过第一增益光纤8，在第二增益光纤8中进行二次信号放大，二次放大后的信号光，经环形器5进入二级放大结构，在第二增益光纤16中进行三次信号放大，最终通过第二滤波器17输出，实现多次放大高功率输出。

总的来说，本实用新型能够集成在小模块中，应用于车载和测绘领域；设计了两级放大结构，在实现低ASE噪声的同时，能够增大输出功率，实现更远探测距离。

当然，以上仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，故，凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：包括种子光源、第一隔离器、环形器、一级放大结构、第一滤波器以及二级放大结构和第二滤波器；

所述种子光源用于为MOPA脉冲光纤激光器提供1550nm的信号光；

所述第一隔离器的输入端与种子光源连接；

所述环形器为三端口器件，且其第一端口与第一隔离器的输出端连接；

所述一级放大结构包括第一泵浦源、第一合束器和第一增益光纤，第一泵浦源用于为一级放大结构提供泵浦光形成粒子反转，第一合束器的输入端与第一泵浦源、环形器的第二端口均连接，第一增益光纤一端与第一合束器的输出端连接、另一端连接单模光纤且该单模光纤的端面上镀有反射膜，反射膜用于反射信号光；

所述第一滤波器的输入端与环形器的第三端口连接，用于滤掉非信号光以及ASE噪声；

所述二级放大结构包括第二泵浦源、第二合束器和第二增益光纤，第二泵浦源用于为二级放大结构提供泵浦光形成粒子反转，第二合束器的输入端与第二泵浦源、第一滤波器的输出端均连接，第一增益光纤一端与第二合束器的输出端连接；

所述第二滤波器的输入端与第一增益光纤另一端连接，用于滤掉非信号光以及ASE噪声。

2.根据权利要求1所述的一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：还包括第一耦合器和第一PD探测器，第一耦合器的输入端与第一隔离器的输出端连接，环形器的第一端口与第一耦合器的第一输出端口与连接，第一PD探测器与第一耦合器的第二输出端口连接。

3.根据权利要求2所述的一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第一耦合器中第一输出端口与第二输出端口的输出比为99：1。

4.根据权利要求1所述的一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：还包括第二耦合器、衰减器、第二PD探测器和隔离器，第二耦合器的输入端与第一滤波器的输出端连接，第二隔离器的输入端与第二耦合器的第一输出端口连接，第二合束器的输入端与第二隔离器的输出端连接，衰减器的输入端与第二耦合器的第二输出端口连接，第二PD探测器与衰减器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第二耦合器中第一输出端口与第二输出端口的输出比为95：5。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：所述第一隔离器集成封装在种子光源内。

7.根据权利要求1所述的一种高功率1550nmMOPA脉冲光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源为940nm或915nm泵浦光源。

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