CN219350923U - 一种双向泵浦的高功率光纤放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双向泵浦的高功率光纤放大器；包括种子源、合束器、增益光纤、第一泵浦源、第二泵浦源、第一透镜以及第二透镜，第一透镜和第二透镜相对设置，合束器与种子源、第一泵浦源以及增益光纤相连，从而将种子源输出的信号光以及第一泵浦源输出的第一泵浦光正向耦合进增益光纤中，第二泵浦源输出的第二泵浦光依次经第二透镜、第一透镜后反向耦合进增益光纤中实现双向泵浦，第一透镜和第二透镜之间设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光输出的输出组件。本实用新型第二泵浦光可以弥补尾端由于正向泵浦不足造成的放大效率低的问题，可以提高放大器的效率，在有效抑制热量产生的情况下实现更高功率的放大及输出。

Description

一种双向泵浦的高功率光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种双向泵浦的高功率光纤放大器。

背景技术

光纤放大器是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的全光放大器，属于传感器类元件。针对高功率的光纤放大器而言，在最大限度的提升放大效率的同时做好热管理是一个难点。如果采用正向的915nm泵浦源泵浦，由于915nm吸收低，需要采用较长的增益光纤，会导致后端光纤因泵浦不足导致整体放大效率低；如果采用正向的976nm泵浦源泵浦，由于976nm吸收高，会导致光端光纤吸收过高产生大量的热，因此无法实现高功率放大；如果采用后向的相同波长的泵浦源泵浦也会存在同样的问题。因此，亟需一种双向泵浦的高功率光纤放大器来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种双向泵浦的高功率光纤放大器，包括种子源、合束器、增益光纤、第一泵浦源、第二泵浦源、第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜相对设置，所述合束器与所述种子源、第一泵浦源以及增益光纤相连，从而将所述种子源输出的信号光以及第一泵浦源输出的第一泵浦光正向耦合进所述增益光纤中，所述第二泵浦源输出的第二泵浦光依次经第二透镜、第一透镜后反向耦合进所述增益光纤中实现双向泵浦，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光输出的输出组件。

进一步地，所述第一泵浦源输出的第一泵浦光的波长小于所述第二泵浦源输出的第二泵浦光的波长。

进一步地，所述第一泵浦源为915nm泵浦源，所述第二泵浦源为976nm泵浦源。

进一步地，所述增益光纤与所述第一透镜的光路上设置有输出端帽。

进一步地，所述第二泵浦源和所述第二透镜的光路上设置有泵浦输出头。

进一步地，所述输出组件包括双色镜，所述双色镜设于所述第一透镜和所述第二透镜之间的光路上，所述双色镜靠近所述第二透镜的一侧设有供经所述第二透镜准直后的第二泵浦光透过的高透膜，所述双色镜靠近所述第一透镜的一侧设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光反射的高反膜。

进一步地，所述双色镜呈45°倾斜设置。

进一步地，所述第一透镜和所述第二透镜为平凸透镜，所述第一透镜包括第一准直镜面以及设于所述第一准直镜面相对侧的第一聚焦镜面，所述第二透镜包括第二准直镜面以及设于所述第二准直镜面相对侧的第二聚焦镜面，所述第一聚焦镜面和所述第二聚焦镜面正对设置。

进一步地，还包括用于第一泵浦光和第二泵浦光传输的泵浦输出光纤。

进一步地，还包括用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光传输的信号输出光纤。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本实用新型提供的双向泵浦的高功率光纤放大器，第一泵浦源输出的第一泵浦光正向耦合进入增益光纤后，经过缓慢的吸收放大信号光，可以有效的抑制热量的产生，同时加入第二泵浦源进行反向泵浦，第二泵浦光反向耦合进入增益光纤，在靠近输出端帽一侧的增益光纤对信号光进行放大，可以弥补尾端由于正向泵浦不足造成的放大效率低的问题，可以提高放大器的效率，在有效抑制热量产生的情况下实现更高功率的放大及输出；

2)本实用新型提供的双向泵浦的高功率光纤放大器，通过第一透镜和第二透镜构建空间耦合结构，避免了光纤器件的限制，有效地实现很高功率的双向泵浦耦合，实现更高的放大功率输出。

附图说明

图1为本实用新型双向泵浦的高功率光纤放大器的结构示意图。

1-种子源；2-第一泵浦源；3-合束器；4-增益光纤；5-输出端帽；6-第一透镜；61-第一准直镜面；62-第一聚焦镜面；7-双色镜；8-第二透镜；81-第二准直镜面；82-第二聚焦镜面；9-泵浦输出头；10-第二泵浦源。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中心”、“水平”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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实用新型的限制。

此外，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如说明书附图1所示，本实用新型提供了一种双向泵浦的高功率光纤放大器，包括种子源1、合束器3、增益光纤4、第一泵浦源2、第二泵浦源10、第一透镜6以及第二透镜8，所述第一透镜6和所述第二透镜8相对设置，所述合束器3与所述种子源1、合束器3、第一泵浦源2以及增益光纤4相连，从而将所述种子源1输出的信号光以及第一泵浦源2输出的第一泵浦光同时耦合进入所述增益光纤4中，第一泵浦光正向耦合进增益光纤4中，所述第二泵浦源10输出的第二泵浦光依次经过第二透镜8、第一透镜6后反向耦合进入所述增益光纤4中，第一泵浦光和第二泵浦光实现双向泵浦，所述第一透镜6和所述第二透镜8之间设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光输出的输出组件，增益光纤吸收泵浦光，形成粒子数反转，对信号光提供增益，信号光得到放大，放大后的信号光经由第一透镜6、输出组件输出。

具体而言，所述增益光纤4为掺杂有稀土元素的光纤，增益光纤可以是掺杂镱或铒的增益光纤，也可以是镱铒共掺的光纤，可根据不同的信号光波长进行选择；所述种子源1可以是光纤激光器或半导体激光器，所述种子源1输出的信号光波长适配于所述增益光纤4。所述种子源1输出的信号光和所述第一泵浦源2输出的第一泵浦光经合束器3合束后，同时耦合进入增益光纤4，第二泵浦源10输出的第二泵浦光反向耦合进入增益光纤4中对正向输出的信号光进行放大，与第一泵浦光实现双向泵浦，信号光被放大后由增益光纤4输出，经第一透镜6后，由输出组件输出。

优化实施方式，所述第一泵浦源2输出的第一泵浦光的波长小于所述第二泵浦源10输出的第二泵浦光的波长，本实施例中，所述第一泵浦源2为915nm泵浦源，第二泵浦源10为976nm泵浦源，正向的第一泵浦源2输出的915nm泵浦光耦合进入所述增益光纤4后，经过缓慢的吸收放大信号光，可以有效的抑制热量的产生，同时加入后向泵浦，第二泵浦源10输出的976nm泵浦光反向耦合进入所述增益光纤4后，在靠近增益光纤4输出的一端对信号光进行放大，可以弥补尾端由于正向泵浦不足造成的放大效率低的问题，可以提高放大器的效率，在有效抑制热量产生的情况下实现更高功率的放大及输出。

当然，根据增益光纤掺杂的稀土元素不同，可以采用不同波长的泵浦源进行适配，可根据实际需求进行选择。

优化实施方式，所述增益光纤4和所述第一透镜6的光路上设置有输出端帽5，所述输出端帽5可供经双向泵浦耦合放大后的信号光通过，也可以供第二泵浦源10输出的第二泵浦光经过，耦合进增益光纤的信号光被放大后经过输出端帽5，透过第一透镜6后由输出组件输出；优选的，所述第二泵浦源10和所述第二透镜8的光路上设置有泵浦输出头9，第二泵浦光依次经泵浦输出头9、第二透镜8、输出组件、第一透镜6、输出端帽5后耦合进入所述增益光纤4对正向输出的信号光进行放大。

优化实施方式，所述第一透镜6和所述第二透镜8相对设置，所述第一透镜6和所述第二透镜8之间设有用于泵浦耦合的间隔区间，所述第一透镜6和所述第二透镜8之间还设置有所述输出组件，通过所述第一透镜6和所述第二透镜8构建用于泵浦耦合的间隔区间，实现泵浦空间耦合，避免了光纤器件的限制，有效地实现很高功率的泵浦耦合，实现更高的放大功率输出。具体的，泵浦光的准直可以靠调整第一透镜6和第二透镜8之间的距离，泵浦光经过泵浦空间耦合后从第一透镜6射出进入增益光纤4，经双向泵浦耦合放大后的信号光再经过第一透镜6射回至该间隔区间，由输出组件反射输出至后续光路。该空间耦合结构适配多种光纤组合，简化了系统的调节难度，提高了系统的紧凑性，且该空间耦合结构可以进一步降低放大器的热积累效应，有利于提高系统长期工作的稳定性和可靠性。

细化实施方式，所述第一透镜6和第二透镜8为平凸透镜，所述第一透镜6包括第一准直镜面61以及设于所述第一准直镜面61相对侧的第一聚焦镜面62，所述第二透镜8包括第二准直镜面81以及设于所述第二准直镜面81相对侧的第二聚焦镜面82，所述第一聚焦镜面62和所述第二聚焦镜面82正对设置，所述第一透镜6可供第二泵浦光和信号光通过，所述第二透镜8可供第二泵浦光通过；具体的，所述第二泵浦光依次经过第二准直镜面81、第二聚焦镜面82、第一聚焦镜面62及第一准直镜面61后耦合进入增益光纤4，第二泵浦光先被准直再被聚焦，实现高功率的泵浦耦合，经双向泵浦耦合放大后的信号光经第一准直镜面61准直后，经第一聚焦镜面62聚焦后再由输出组件输出。

优化实施方式，所述输出组件包括双色镜7，所述双色镜7设于所述第一透镜6和所述第二透镜8之间的光路上，所述双色镜7可供泵浦光透过，且反射信号光，所述双色镜7靠近所述第二透镜8的一侧设有供经所述第二透镜8准直后的第二泵浦光透过的高透膜，所述双色镜靠近所述第一透镜6的一侧设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光反射的高反膜，具体的，第二泵浦光经第二透镜8后，透过所述双色镜7、第一透镜6后耦合进入所述增益光纤4，经双向泵浦耦合放大后的信号光经第一透镜6后射至双色镜7的高反膜上，进行反射将信号光输出；优选的，所述双色镜7呈45°倾斜设置，双色镜7的倾斜方向可以根据信号光的输出方向进行设置，本实施例中不做限制。

优化实施方式，所述第一泵浦源和第二泵浦源的输出端连接有用于泵浦光传输的泵浦输出光纤，所述泵浦输出光纤可以是单模光纤、多模光纤或传能光纤，例如，可以是105/125传能光纤。

优化实施方式，所述种子源的输出端以及增益光纤的输出端连接有用于信号光输送的信号输出光纤，所述信号输出光纤可以是单模光纤、多模光纤或单晶光纤，例如，可以是25/250多模光纤。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神和范围。尽管已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，包括种子源、合束器、增益光纤、第一泵浦源、第二泵浦源、第一透镜以及第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜相对设置，所述合束器与所述种子源、第一泵浦源以及增益光纤相连，从而将所述种子源输出的信号光以及第一泵浦源输出的第一泵浦光正向耦合进所述增益光纤中，所述第二泵浦源输出的第二泵浦光依次经第二透镜、第一透镜后反向耦合进所述增益光纤中实现双向泵浦，所述第一透镜和所述第二透镜之间设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光输出的输出组件。

2.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述第一泵浦源输出的第一泵浦光的波长小于所述第二泵浦源输出的第二泵浦光的波长。

3.根据权利要求2所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述第一泵浦源为915nm泵浦源，所述第二泵浦源为976nm泵浦源。

4.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述增益光纤与所述第一透镜的光路上设置有输出端帽。

5.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述第二泵浦源和所述第二透镜的光路上设置有泵浦输出头。

6.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述输出组件包括双色镜，所述双色镜设于所述第一透镜和所述第二透镜之间的光路上，所述双色镜靠近所述第二透镜的一侧设有供经所述第二透镜准直后的第二泵浦光透过的高透膜，所述双色镜靠近所述第一透镜的一侧设有用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光反射的高反膜。

7.根据权利要求6所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述双色镜呈45°倾斜设置。

8.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，所述第一透镜和所述第二透镜为平凸透镜，所述第一透镜包括第一准直镜面以及设于所述第一准直镜面相对侧的第一聚焦镜面，所述第二透镜包括第二准直镜面以及设于所述第二准直镜面相对侧的第二聚焦镜面，所述第一聚焦镜面和所述第二聚焦镜面正对设置。

9.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，还包括用于第一泵浦光和第二泵浦光传输的泵浦输出光纤。

10.根据权利要求1所述的双向泵浦的高功率光纤放大器，其特征在于，还包括用于将经双向泵浦耦合放大后的信号光传输的信号输出光纤。

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