[實用新型]一種基于主振蕩功率放大器結構的脈沖光纖激光器

有效

• 申請號: 201822185569.6
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN209088259U
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 馬延峰
• 申請（專利權）人: 武漢孚晟科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/11
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 徐瑛

本實用新型公開一種基于主振蕩功率放大器結構的脈沖光纖激光器，包括脈沖種子光源、輸入隔離器、波分復用器、泵浦激光器、若干摻雜光纖和輸出隔離器；所述若干摻雜光纖包括用于對脈沖種子光進行放大的摻雜光纖和用作飽和吸收體來吸收ASE噪聲的摻雜光纖；所述脈沖種子光源、輸入隔離器、波分復用器、摻雜光纖、輸出隔離器依次連接，所述波分復用器還與泵浦激光器連接。本實用新型在光放大器的摻雜光纖中間引入很短長度的摻雜光纖作為飽和吸收體，可減小在兩脈沖間隙期間ASE功率的增長對激光器增益的影響，從而提高輸出脈沖光峰值功率和信噪比。

技術領域

本實用新型屬于光纖激光器技術領域，具體是一種能有效提升脈沖的輸出功率，降低激光器輸出放大自發輻射噪聲(ASE噪聲)，提高泵浦轉換效率的基于主振蕩功率放大器結構的脈沖光纖激光器。

背景技術

高功率脈沖光纖激光器在激光加工、材料處理、激光雷達和遙感等領域都有廣泛的應用。聲光調Q光纖激光器通過Q開關技術產生激光脈沖，但其輸出脈沖寬度以及重復頻率等參數調整范圍有限；而基于主振蕩功率放大器(MOPA)結構的光纖激光器，由半導體激光器等作為種子光源產生脈沖信號光，然后在光纖放大器中對種子光進行功率放大。由于半導體激光器種子源可直接進行電調制，非常容易產生納秒級的脈沖，并獲得良好的脈沖形狀，因此MOPA結構的脈沖激光器具有參數靈活、調節范圍大的優勢。在要求窄脈寬、高重復頻率的激光加工以及需要納秒量級窄脈沖的激光雷達中，廣泛采用了MOPA結構的脈沖光纖激光器。

在MOPA結構的脈沖光纖激光器中，光脈沖的占空比是非常低的，例如：應用于車載激光雷達中的脈沖光源，其典型脈寬為2ns，重復脈沖頻率為500kHz左右，占空比僅為1/1000。這樣在MOPA結構的光放大器中，由于泵浦光的抽運作用，摻雜光纖的粒子反轉程度在相鄰兩個脈沖之間有足夠的時間恢復到較高水平，因此，在一個脈沖經過之后，上能級粒子反轉度在下一個脈沖來臨前可得到充分的恢復。在相鄰兩個脈沖之間沿著摻雜光纖正、反兩個方向傳播的放大自發輻射(ASE)功率也將快速增長，它們將大量消耗摻雜光纖的上能級粒子數，尤其在摻雜光纖兩端，由此降低光脈沖可獲得的增益。對采用多級放大的MOPA結構，不僅本級產生的ASE導致脈沖增益的降低，上一級放大器中產生的ASE也被逐級放大，ASE的影響更為嚴重。

因此在MOPA結構的光纖脈沖激光器中，ASE的抑制對脈沖輸出功率的提升有至關重要的影響。目前抑制ASE的方法主要有光濾波器法、快速光開關法和飽和吸收方法三類。(1)光濾波法是在摻雜光纖中間或者兩級光放大器之間引入窄帶光濾波器，濾除寬帶ASE，降低ASE的影響。常用的濾波器包括濾波片和光纖光柵等。通常為取得良好的ASE抑制效果，要求光濾波器帶寬盡可能窄，但這對種子光源的波長穩定性和譜寬提出了較高的要求；(2)快速光開關法采用聲光、電光開關、電吸收調制器或者半導體光放大器等器件，在脈沖間隙時間內關斷光路或引入很大的損耗，抑制脈沖間隙期間ASE的產生。但因需要與光纖進行耦合，分立器件的快速光開關通常具有較大的插入損耗，加之要求進行同步脈沖驅動，增加了脈沖光纖激光器的復雜程度，所以實際很少采用；(3)飽和吸收體在高峰值功率的光脈沖到來時，處于飽和吸收狀態，大部分光脈沖能量得以通過，而在脈沖間隙期間，小功率的ASE處于飽和吸收功率之下，被飽和吸收體吸收，從而抑制了ASE功率的增長。很多材料可作為飽和吸收體，例如：石墨烯、碳納米管、黑磷烯、半導體量子點和半導體可飽和吸收鏡(SESAM)等。目前在光纖激光器中，這幾種飽和吸收體主要用于實現激光器的鎖模和調Q，但由于它們的飽和吸收功率較高，如果用于在光放大器中抑制ASE，對脈沖功率的損耗較大，而且除半導體可飽和吸收鏡外，其余幾種材料目前還沒有成熟穩定的商用器件。

發明內容

本實用新型的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種能有效提升脈沖的輸出功率，降低激光器輸出放大自發輻射噪聲(ASE噪聲)，提高泵浦轉換效率的基于主振蕩功率放大器結構的脈沖光纖激光器。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：