[發(fā)明專利]一種基于同帶泵浦技術(shù)的復合腔結(jié)構(gòu)光纖振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710043743.0
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106711747B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周樸;陳薏竹;肖虎;張漢偉;許將明;冷進勇;吳堅;司磊;許曉軍;陳金寶;劉澤金
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;H01S3/0941
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發(fā)明涉及一種基于同帶泵浦的復合腔結(jié)構(gòu)高功率光纖振蕩器系統(tǒng)。該振蕩器采用同帶泵浦方案，利用1010nm～1030nm波段摻鐿光纖激光器泵浦復合腔結(jié)構(gòu)光纖振蕩器，獲得高功率、高效率的光纖激光輸出。通過同帶泵浦方案，有效提高了注入的泵浦光源亮度，增加了泵浦光的注入功率，從而提高振蕩器輸出功率水平。同時，利用多對光柵級聯(lián)構(gòu)成復合腔結(jié)構(gòu)，通過引入多個波長的光有效降低了光纖內(nèi)非線性作用強度，并且縮短了非線性效應(yīng)的有效作用長度，提高非線性效應(yīng)閾值，從而實現(xiàn)振蕩器更高輸出功率水平。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖激光器，尤其是一種基于同帶泵浦技術(shù)的復合腔結(jié)構(gòu)光纖振蕩器。

背景技術(shù)

光纖激光器以其光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定緊湊、熱管理便利等優(yōu)勢，在激光醫(yī)療、生物工程、工業(yè)制造、國防建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。目前高功率光纖激光通常使用摻鐿光纖實現(xiàn)，單纖單模輸出功率已高達20kW，多模輸出功率高達100kW。以上記錄均由光纖放大器結(jié)構(gòu)創(chuàng)造，而對于結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊的光纖振蕩器其最高功率在數(shù)千瓦量級，在1微米波段長波方向(1120nm)最高功率僅為數(shù)百瓦。隨著雙包層光纖、光纖光柵等器件制作工藝的改進，光纖振蕩器的功率不斷提高，然而泵浦光源亮度不足、非線性效應(yīng)、光纖熱透鏡效應(yīng)等因素仍為其發(fā)展瓶頸。為了突破泵浦光源亮度對功率提升的限制，近年來研究人員提出同帶泵浦方案，該方案首先利用常規(guī)半導體激光泵浦產(chǎn)生亮度較高的光纖激光，再以產(chǎn)生的激光繼續(xù)泵浦產(chǎn)生亮度更高的光纖激光，這樣通過二次泵浦過程有效提高了泵浦光源的亮度，增加了泵浦光的注入功率。同時，泵浦光與出射激光處于摻雜離子的同一能帶中，其波長差較小，降低了能量轉(zhuǎn)換過程中的量子虧損，可以緩解光纖內(nèi)的熱負擔。因此同帶泵浦方案在光纖激光更高功率輸出方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。

雖然同帶泵浦方案具有較大的功率提升潛力，但是振蕩器功率仍會受到非線性效應(yīng)的制約。在光纖振蕩器結(jié)構(gòu)中，光纖內(nèi)激光功率密度較高時容易產(chǎn)生受激拉曼散射、受激布里淵散射等非線性效應(yīng)，導致大部分能量轉(zhuǎn)移至斯托克斯光，不但影響了振蕩器中信號光功率的增長，并且后向傳輸?shù)乃雇锌怂构鈺η凹壪到y(tǒng)安全造成威脅。如果在振蕩器中同時使用多對光柵構(gòu)成復合腔，不僅通過引入多個波長的光有效降低了光纖內(nèi)非線性作用強度，并且縮短了非線性效應(yīng)的有效作用長度，提高非線性效應(yīng)閾值，因此將能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩器更高輸出功率水平。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于同帶泵浦的復合腔結(jié)構(gòu)高功率光纖振蕩器。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于同帶泵浦技術(shù)的復合腔結(jié)構(gòu)高功率光纖振蕩器，利用半導體激光器泵浦，獲得1010nm～1030nm波段摻鐿光纖激光器，再利用其泵浦兩對或多對光纖光柵構(gòu)成的復合腔結(jié)構(gòu)光纖振蕩器，有效提高非線性效應(yīng)閾值，實現(xiàn)更高功率的光纖激光輸出。

具體地，所述1010nm～1030nm摻鐿光纖激光器的結(jié)構(gòu)包括依次連接的泵浦激光器、前級功率合束器、1010nm～1030nm高反光纖光柵、雙包層摻鐿光纖和1010nm～1030nm低反光纖光柵。

所述復合腔結(jié)構(gòu)光纖振蕩器的結(jié)構(gòu)包括功率合束器、依次連接的中心波長為λ₁、λ₂、……λ_n的高反光纖光柵、雙包層摻鐿光纖、雙包層被動光纖、依次連接的中心波長為λ_n、……λ₂、λ₁的低反光纖光柵。其中，高反光纖光柵、低反光纖光柵的波長位于1微米波段范圍，中心波長λ₁、λ₂、……λ_n依次遞增(n≥2)，且相鄰波長的波長間隔均在拉曼增益譜范圍內(nèi)。

所述泵浦激光器可以是工作波長為976nm或915nm的半導體激光器。

所述前級功率合束器可以是n×1的合束器(n為正整數(shù))，且泵浦臂光纖應(yīng)與前級泵浦激光器輸出端的光纖相匹配。