[發明專利]用于高功率水平的級聯拉曼激光發射的系統和方法

有效

• 申請號: 201080010143.0
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN102449864A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: J·W·尼科爾森
• 申請（專利權）人: OFS菲特爾有限責任公司
• 主分類號: H01S3/30
• 分類號: H01S3/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳華成

對相關申請的交叉引用

本申請要求2009年5月11日提交的61/177058號美國臨時專利申請的優先權，該申請由本申請的受讓人擁有，其全部內容通過引用包含在本文中。

技術領域

本發明總體上涉及光纖裝置和方法，并且更具體地，涉及改進的用于高功率水平的級聯拉曼激光發射的系統和方法。

背景技術

光纖激光器和放大器典型地基于摻有激光激活(laser-active)的稀土離子(如鐿(Yb)、鉺(Er)、釹(Nd)等)的光纖。光纖中的受激拉曼散射是有用的效應，其可被用于在這些光纖不工作的波長區域提供非線性增益。當激光束通過拉曼激活(Raman-active)光纖傳播時發生受激拉曼散射，結果導致稱為“斯托克斯頻移”的可預知的波長增加。通過在一段拉曼激活光纖的輸入端和輸出端提供一系列特定波長的反射光柵，可以產生一系列級聯斯托克斯頻移，以將初始波長轉換為選定的目標波長。

圖1是根據現有技術的一個示例性系統20的圖，其中使用受激拉曼散射產生用于泵浦摻鉺光纖放大器(EDFA)的高功率輸出。如所示出的，系統20包括兩個級：整體(monolithic)Yb光纖激光器40和級聯拉曼諧振器(CRR)60。

在激光器40中，由一段在1000nm至1200nm的區域內工作的雙包層摻Yb光纖42提供激活介質。在光纖42的輸入端提供高反射光柵44，并且在光纖42的輸出端提供輸出耦合光柵46。在該例子中，光柵44和46被寫入熔合到光纖42的分開的無源光纖段中。還可以將光柵44和46直接寫入光纖42的輸入端和輸出端中。

高反射器件44、輸出耦合器46和光纖42一起用作激光器諧振器48。由利用錐形光纖束(tapered?fiber?bundle，TFB)52耦合到光纖42的多個泵浦二極管50向光纖42提供泵浦能量。在該例子中，激光器40提供波長為1117nm的單模輻射作為輸出。

該激光器的輸出作為進入CRR?60的輸入發出。CRR?60包括拉曼激活光纖62，包括在其輸入端提供的第一多個高反射光柵64和在其輸出端提供的第二多個高反射光柵66。在拉曼光纖62的輸出端處還提供了輸出耦合光柵68。在該例子中，輸入光柵64和輸出光柵66被寫入熔合到光纖62的分開的無源光纖段中。還可以將光柵64和66直接寫入光纖62的輸入端和輸出端中。

輸入高反射器件64、輸出高反射器件66、輸出耦合器68和拉曼光纖62提供一系列嵌套的拉曼腔體70，所述腔體在寬范圍上產生一系列級聯的斯托克斯頻移，以一系列步驟將1117nm的輸入波長增加到1480nm的目標波長。輸出耦合器68提供1480nm的目標波長的系統輸出72，該輸出可被隨后用于以基模泵浦高功率摻鉺光纖放大器(EDFA)。

系統20可被用于需要1480nm以外的其它輸出波長的其它應用，并且可被配置為只在單個步驟中產生輸出波長。

盡管圖1示出使用光柵64、66和68構造的級聯拉曼諧振器，但是使用其它波長選擇性元件(如熔合光纖耦合器(fused-fiber?coupler)和薄膜濾波器)以及其它結構(如WDM環路鏡)的類似諧振器也是公知的。另外，還可以考慮線性、單向環或雙向環腔體幾何結構。此外，圖1示出了配置成作為激光器工作的級聯拉曼諧振器，但是它同樣可通過中斷最后一組光柵并替代注入該波長的信號而被配置成作為放大器工作。與圖1中所示的配置類似，這些附加配置將在一系列步驟中將1117nm的輸入波長增加到1480nm的目標波長。

現有技術的系統20受到已知的局限的影響。例如，一個問題是由于在系統20中將針對不同波長和位置的多個反射器結合產生了耦合的多個腔體這一事實引起的。例如，將看到針對1117nm的激光波長存在三個反射器，即反射器44和46以及輸出反射器組66中最左側的部件。一般來說，對于相對低功率的系統(例如在1480nm輸出5W)而言，這不會造成問題，但是對于高功率的系統而言，這會造成問題。近來，對拉曼光纖激光器的功率范圍進行了研究，并且從CRR已經展示出了高達41W的功率水平。類似的情況還出現在使用其它公知結構(例如利用WDM環路鏡)構造的級聯拉曼諧振器中。