[發明專利]一種偏振自動穩定控制的全光纖級聯激光放大方法及裝置

在審

• 申請號: 201410165047.3
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103904549A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 曾和平;王超
• 申請（專利權）人: 上海朗研光電科技有限公司
• 主分類號: H01S3/23
• 分類號: H01S3/23;H01S3/067;H01S3/13
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術領域

???????本發明屬于激光技術領域，涉及一種偏振自動穩定控制的全光纖級聯激光放大方法及裝置。

背景技術

光纖激光器具有光束質量好、轉換效率高、結構緊湊、壽命長等優點，近年得到迅猛的發展。其中高功率脈沖光纖激光器由于具有增益特性好、作用時間短、峰值功率高、使用靈活、與光纖通信系統連接方便、無需水冷等特點，在材料加工、醫療處理、激光化學、高能物理、精密計量領域已經得到了廣泛應用，也是當今光電信息領域前沿方向之一。

高功率脈沖光纖激光器，通常采用低功率種子源和多級功率放大器組成，即MOPA（Master?Oscillator?Power?Amplifier）。種子源和預放大級中的器件通常采用非保偏器件，光脈沖偏振態不固定，同時主放大級通常采用對稱的雙包層增益光纖或光子晶體光纖。光纖放大器工作的環境中存在機械震動、溫度變化等環境干擾，放大器中的非保偏光纖極易受到環境中這些變化因素的干擾，從而會導致輸出光的偏振態發生抖動。然而，放大光束的相干合成、相干探測、非線性頻率轉換、光學參量放大、光譜組合、光纖陀螺、光纖傳感、光纖通信外調制、激光光譜等一系列重要應用，都對高功率脈沖光纖激光器的偏振性有很高的要求，激光器保偏輸出也成為一個研究重點。為解決此問題，以往的方案多采用保偏的光子晶體光纖或者雙包層增益光纖來保持偏振穩定的輸出，但是保偏的大模場光子晶體光纖和雙包層增益光纖制作困難，價格貴，熔接使用不太方便，制作或裝配工藝較復雜，激光放大系統光路中的其他器件也都相應地采用保偏光纖，成本進一步增加，況且大模場保偏光纖光學元器件制作工藝也相對不成熟。這些因素限制了這種方法的推廣應用。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足之處，提出一種偏振自動穩定控制的全光纖級聯激光放大方法及裝置，其裝置采用多個放大結構級聯的方式，有效穩定放大脈沖功率，每個放大結構都基于偏振分束器和法拉第旋轉鏡作用，利用普通非保偏光纖實現脈沖功率放大同時輸出固定線偏振態的高功率脈沖激光。

本發明的目的是這樣實現的：

一種偏振自動穩定控制的全光纖級聯激光放大方法，該方法是：由級聯放大抑制光纖放大的放大自發輻射；采用常規的非保偏單模光纖、多模光纖、大模場光纖、雙包層光纖、光子晶體光纖獲得高功率放大；通過法拉第旋轉反射鏡使得激光脈沖來回二次以正交偏振方向通過放大光纖，在放大光纖中的偏振隨機變化得以自動補償，實現偏振自動穩定控制的全光纖級聯激光放大。

一種偏振自動穩定控制的全光纖級聯激光放大裝置，特點是：該裝置包括種子源、基于法拉第旋轉鏡的一級或多級預放大結構及基于法拉第旋轉鏡的主放大結構，種子源保偏輸出固定偏振態的線偏振脈沖激光，依次通過所述基于法拉第旋轉鏡的一級或多級預放大結構和基于法拉第旋轉鏡的主放大結構，基于法拉第旋轉鏡的主放大結構中偏振分束器一保偏端為輸出端。

所述種子源輸出的脈沖激光為皮秒或飛秒鎖模光纖激光，或者是納秒鎖模光纖激光，通過偏振分束器輸出線偏振脈沖激光。

所述基于法拉第旋轉鏡的一級或多級預放大結構的各級預放大結構相同；多級放大采用級聯方式，每級結構包括保偏光纖隔離器、偏振分束器、半導體激光器、波分復用器或泵浦合束器、增益光纖、法拉第旋轉鏡，各級預放大結構內增益光纖類型和長度相同或不同。每級結構中保偏光纖隔離器、偏振分束器、半導體激光器、波分復用器或泵浦合束器、增益光纖、法拉第旋轉鏡依次連接。

所述保偏光纖隔離器的輸入端和輸出端均采用保偏熔接方式熔接。

所述的增益光纖為摻雜稀土元素中的一種或多種摻雜離子的單模光纖或大模場光纖。

所述法拉第旋轉鏡在脈沖中心波長處有大于98%的反射率，同時改變偏振方向90度。

所述的基于法拉第旋轉鏡的主放大結構中保偏光纖隔離器、偏振分束器、半導體激光器、泵浦合束器、增益光纖、法拉第旋轉鏡依次連接，偏振分束器一保偏端為輸出端。

所述主放大結構中的增益光纖為摻雜稀土元素離子中的一種或多種摻雜的單模光纖、大模場多模光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖。

所述主放大結構中的法拉第旋轉鏡可以工作在高功率下，在脈沖中心波長處有大于98%的反射率，同時改變偏振方向90度。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

⑴、本發明采用法拉第旋轉鏡和偏振分束器的結構輸出偏振態固定的線偏振脈沖激光，線偏振脈沖激光可以運用在倍頻、和頻等非線性光學，生物成像以及精密測量等許多領域；