[發明專利]雙波段鉺鐿共摻光纖脈沖放大器

有效

• 申請號: 201310134890.0
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103236637A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 韓群;呂曉英;陳耀飛;劉鐵根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/063;G02F1/39
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及光纖激光領域，特別是一種可以對1.06μm和1.55μm兩個波段的脈沖信號進行放大的光纖放大器。具體講，本發明涉及一種采用脈沖泵浦方式實現對雙波段信號進行有效放大的雙波段鉺鐿共摻光纖脈沖放大器(EYDFA)。

技術背景

為了在得到高功率激光輸出的同時保持較好的光束質量，高功率光纖激光器通常采用主振蕩器+功率放大器結構。由主振蕩器產生光束質量好但功率較低的種子光，然后送入功率放大器提高激光輸出功率。顯然，功率放大器的性能對整個激光系統的性能有決定作用。在1.55μm波段，功率放大級通常為采用雙包層鉺鐿共摻光纖作為增益介質的EYDFA。鉺鐿共摻光纖中摻有鉺(Er)、鐿(Yb)兩種稀土離子。在EYDFA中，基態的Yb離子吸收泵浦光子，從基態躍遷到上能級，然后通過Yb-Er離子間的交叉弛豫將能量傳遞給周圍的基態Er離子，同時上能級的Yb離子因為失去能量而回落到基態。在泵浦功率較低時，Yb離子上能級的集居數很低，因此Yb波段(1000-1100nm)放大的自發輻射(ASE)很弱。但在高功率泵浦下，當Yb-Er離子間能量交換的速率低于泵浦速率時，Yb-Er離子間的能量交換就會出現所謂的“瓶頸”效應。在激光測距、激光雷達等需要高功率EYDFA的場合，由于需要對脈沖信號進行放大，瓶頸效應更為嚴重。瓶頸效應的出現，表明增益介質中出現了Yb離子集居數的局部反轉，且反轉水平隨泵浦功率的提高而提高，Yb波段ASE因增益的提高而迅速增長。這一方面使得泵浦功率向Er波段(1500-1600nm)信號的轉化效率降低，另一方面還會產生Yb波段的寄生振蕩甚至自脈動，極大地降低了放大器的性能甚至會造成永久性的破壞。

換一個角度來看，瓶頸效應的存在說明基于同一個EYDFA可以實現對兩個波段信號的同時放大。其關鍵是合理控制鐿、鉺兩種離子的儲能、避免自激振蕩并使輸入信號得到盡可能大的放大。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種可以對1.06μm和1.55μm兩個波段的脈沖信號進行放大的光纖放大器，為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：雙波段鉺鐿共摻光纖脈沖放大器，由泵浦源、泵浦源脈沖驅動電源、兩個不同波段信號源、信號源脈沖驅動電源、延時控制電路、隔離器、波分復用器、泵浦/信號合束器、增益光纖、光纖端冒構成，泵浦源脈沖驅動電源按一定重復頻率發出一定脈寬和幅值的方波電流信號驅動泵浦源發出激光泵浦脈沖，經泵浦/信號合束器注入增益光纖對其進行泵浦；泵浦源脈沖驅動電源發出的同步信號經延時電路適當延遲，觸發兩個信號源脈沖驅動電源發出一定脈寬和幅值電流脈沖，分別驅動兩個不同波段信號源發出信號脈沖；兩信號脈沖經各自的隔離器后，再經波分復用器耦合在一起，由泵浦/信號合束器的信號端送入增益光纖進行放大，放大后的信號經由一個光纖端冒輸出。

泵浦源為高功率多模半導體激光器，兩個不同波段信號源也采用半導體激光器，波長分別在1.06μm和1.55μm波段，增益光纖采用雙包層的大芯徑鉺鐿共摻光纖。

光纖端冒輸出端與纖芯軸向呈一定角度以減少端面反射，從而提高寄生振蕩的閾值并抑制自激振蕩的產生。

采用的是脈沖泵浦方式用于對兩個波段的信號進行放大。

本發明具備下列技術效果：

在高峰值功率的泵浦脈沖抽運下，Yb離子吸收泵浦能量后一部分通過交叉馳豫過程轉移給周圍的Er離子使其躍遷到上能態，另一部分能量由于瓶頸效應，則以激發態Yb離子的形式存儲在增益光纖中。由于Yb到Er的能量馳豫過程需要一定的時間，因此只要合理設計注入泵浦脈沖能量，就可以在避免產生Yb波段自激振蕩的前提下使EYDFA在兩個波段同時形成增益積累。如果再合理控制信號脈沖相對泵浦脈沖的時延量，EYDFA可以實現對1.06μm波段和1.55μm波段兩個波段短脈沖信號的有效放大，得到兩個波段的高能量脈沖激光輸出。同時，通過改變信號脈沖相對泵浦脈沖的時延，還可以調整放大后兩個波段輸出脈沖的能量及其比例。由于采用的是脈沖泵浦方式，信號源與泵浦源按相同的重復率輸出脈沖，放大器的工作重復頻率可以拓展到很低的頻率，甚至單脈沖工作。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是不同峰值功率泵浦脈沖作用下，前向、后向Yb波段ASE隨泵浦脈寬的演化曲線。

圖3是不同峰值功率泵浦脈沖作用下，前向、后向Er波段ASE隨泵浦脈寬的演化曲線。

圖4是EYDFA輸出的雙波段脈沖信號峰值功率隨信號時延的變化曲線。