[發明專利]一種光纖放大器和激光發生器

在審

• 申請號: 202010141480.9
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111431022A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 吳朝輝;謝曉華;李云亭;吳光輝;陳樂;岳超瑜
• 申請（專利權）人: 深圳市歐凌鐳射科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李金偉

本申請適用于自動化生產技術領域，提供了一種光纖放大器和激光發生器，光纖放大器包括纖芯直徑從第一端到第二端由細至粗漸變的錐形摻雜光纖和光纖泵浦合束器，信號光從錐形摻雜光纖第一端輸入，并從第二端輸出至光纖泵浦合束器；以及用于產生泵浦光的第一泵浦光源，和連接第一泵浦光源和光纖泵浦合束器的泵浦光纖。信號光在錐形摻雜光纖中“絕熱放大”，能夠保持單模特性獲得高質量的光束；同時光纖模場面積增加，很大程度上抑制了非線性效應，進而提高輸出的脈沖激光中每個激光脈沖最大能夠攜帶的能量，解決了高功率大脈沖能量超快光纖激光器的放大級中大模場面積和光束質量之間的矛盾，最終輸出高能量、高功率且單模性強的超短脈沖激光。

技術領域

本申請涉及自動化生產技術領域，特別涉及一種光纖放大器和激光發生器。

背景技術

高功率大脈沖能量超快激光(激光脈沖的持續時間在飛秒級或者皮秒級)憑借著脈寬窄、單脈沖能量大、重復頻率高等特點，在精密微加工、生物醫療及科研等領域有廣泛應用。

超短脈沖激光器的實現通常有兩種技術路線：傳統固體超快激光器方案如鈦寶石激光器，這類激光器的缺點在于價格高昂、結構復雜、效率低、長期穩定性不高；而采用全光纖激光方案實現的超短脈沖激光器具有成本低、結構簡單、效率高、穩定性好等優點，更有利于大規模工業應用。

全光纖高功率大脈沖能量超快脈沖激光器，一般采用鎖模光纖激光器種子源和光纖放大級的組合結構：鎖模光纖激光器種子源輸出數百飛秒至皮秒脈寬的光脈沖(平均功率mW量級，單脈沖能量nJ量級)，經過光纖放大級放大后輸出脈沖寬度200fs-10ps、單脈沖能量50μJ，平均功率20W的脈沖激光。

在光纖放大級中，由于激光脈沖需要在相對細長的纖芯中接受耦合以傳輸放大，峰值功率密度較高，容易引發光纖中的非線性效應(自相位調制、受激拉曼散射等)，限制了單脈沖能量的提高，嚴重時甚至會損壞光纖放大級。為了解決該問題，傳統技術中給出了采用兩種解決方法：一是采用啁啾脈沖放大(CPA，Chirped Pulse Amplification)的方案，在時域上將種子源的fs量級的脈沖通過色散展寬至ps甚至ns量級后再進行放大，最后在時域上重新壓縮為飛秒激光，從而降低光纖放大級的峰值功率；二是增加光纖的模場面積，降低光纖放大級的峰值功率密度。

對于增加模場面積的方法，傳統的技術方案之一是采用大模場面積(LMA，LargeMode Area)雙包層光纖，用LMA光纖作為超短脈沖光纖激光器的放大級，但改進化學氣相沉積法(MCVD，Modified Chemical Vapor Deposition)制備的大模場雙包層光纖，其纖芯和內包層折射率差已經很小，纖芯的數值孔徑很難做到0.06以下，為了保證輸出光束質量，LMA光纖的纖芯直徑通常被限制在40-50μm以下，用作做超快放大器時，單脈沖能量難以超過50μJ。

發明內容

本申請的目的在于提供一種光纖放大器，旨在解決傳統的飛秒激光器光纖模場面積受限，脈沖能量過低的技術問題。

本申請是這樣實現的，一種光纖放大器，包括：纖芯直徑由細至粗漸變的錐形摻雜光纖，所述錐形摻雜光纖包括直徑較小的第一端和直徑較大的第二端，信號光從所述錐形摻雜光纖的第一端輸入，并從所述錐形摻雜光纖的第二端輸出；用于將泵浦光中的能量泵浦至所述錐形摻雜光纖的光纖泵浦合束器，所述光纖泵浦合束器連接所述錐形摻雜光纖的第二端；用于產生所述泵浦光的第一泵浦光源；以及用于將所述第一泵浦光源產生的所述泵浦光耦合至所述錐形摻雜光纖的泵浦光纖。

在本申請的一個實施例中，所述錐形摻雜光纖采用保偏錐形摻雜光纖，所述保偏錐形摻雜光纖通過加熱并拉伸保偏摻雜光纖制成。

在本申請的一個實施例中，所述錐形摻雜光纖包括纖芯、套設在所述纖芯外的折射率凹陷層，以及套設在所述凹陷層外的內包層，所述內包層的折射率小于所述纖芯的折射率，所述凹陷層的折射率小于所述纖芯的折射率及內包層的折射率。