[發明專利]基于封閉式環形腔的側面泵浦激光放大系統及構造方法

有效

• 申請號: 202011138730.X
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112260049B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 關哲;汪少林;張偉;劉陽;張揚;范迎春;周必磊
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于封閉式環形腔的側面泵浦激光放大系統及構造方法，包括：增益光纖入射端(1)、增益光纖出射端(2)、封閉式環形腔(3)、環形腔外壁(4)、環形腔內壁(5)、盤繞式增益光纖(6)以及側面泵浦光入射口(7)；所述所述封閉式環形腔體(3)由環形腔外壁(4)和環形腔內壁(5)共同構建而成；所述盤繞式增益光纖(6)沿封閉式環形腔體(3)逆時針纏繞，其中，增益光纖入射端(1)和增益光纖出射端(2)位于封閉式環形腔體(3)同一側面；本發明通過構建封閉式環形泵浦腔，基于腔壁鏡面反射原理，增加泵浦太陽光耦合進入增益光纖的概率，提升太陽光泵浦光纖激光系統能量利用效率。

技術領域

本發明涉及太陽光側面泵浦光纖激光放大技術領域，具體地，涉及一種基于封閉式環形腔的側面泵浦激光放大系統及構造方法。

背景技術

太陽光泵浦激光技術是以自然太陽光為泵浦源，基于受激輻射光放大原理，在激光增益介質內實現太陽光-激光能量直接轉換的技術。光纖激光技術具有光束質量好、能量轉換效率高、散熱特性好、結構緊湊、可靠性高等特點。在復雜環境背景下的空間系統內，基于太陽光泵浦激光技術和光纖激光技術的原理與特點，兩者的有機結合相比于傳統的半導體激光技術、固體激光技術等可為未來眾多空間激光應用提供有效支持和可靠技術保障。

在太陽光泵浦激光技術中，通常采用大型透射式聚光裝置(如菲涅爾透鏡)或反射式聚光裝置(如拋物面反射鏡)直接會聚太陽光激勵激光增益介質。這是由于目前太陽光泵浦激光技術中激光增益介質一般為棒狀、板條或碟狀等具有較大泵浦能量接收截面的固體增益介質。在光纖激光技術中，隨著摻稀土離子雙包層光纖技術和半導體工藝的發展，光纖包層泵浦技術中光纖端面泵浦耦合方式最簡單但耦合效率較低，熔錐型光纖耦合方式以耦合效率高、結構靈活等特點得到廣泛應用。陽光泵浦激光技術與光纖激光技術的結合，需面臨泵浦太陽光耦合進入摻稀土離子纖芯的技術難點。

空間太陽光是具有一定發散角(約9.8mrad)的面光源，若采用常規光纖激光技術中泵浦光從光纖端面耦合進入增益光纖的方式，因受會聚系統衍射極限影響，難以實現太陽光到光纖的高效率耦合。因此，在太陽光泵浦激光技術中，光纖端面泵浦的設計方案系統效能較低，無法充分體現能效優勢。在太陽光泵浦光纖激光技術中，采用側面泵浦的設計方案可大大緩解泵浦太陽光耦合效率低的技術難題。

以提高空間激光系統能量利用效率為目的，結合太陽光泵浦激光技術和光纖激光放大技術，研究陽光側面泵浦光纖激光技術具有深遠意義。基于封閉式環形腔的太陽光側面泵浦光纖激光技術設計方法，有機結合太陽光泵浦激光技術和光纖激光技術，最終可獲得能效高、閾值低、損耗小且結構簡單、性能穩定的空間激光放大系統。

專利文獻CN108879312A提供了一種陽光泵浦光纖激光放大系統，包含陽光匯聚組件、信號光纖(4)以及組合光纖泵浦腔(5)；所述陽光匯聚組件包含泵浦光纖(3)，所述組合光纖泵浦腔(5)由設置的外包層(6)中的軸向開孔形成；泵浦光纖(3)包含泵浦芯(8)，信號光纖(4)包含增益芯(7)，泵浦芯(8)與增益芯(7)均沿軸向方向延伸至組合光纖泵浦腔(5)中。盡管與本發明同屬陽光泵浦光纖激光放大技術方向，單器系統所采用的設計方法、工作模式、關鍵技術以及解決的技術問題均與本文所述不同，該專利的結構和性能仍然有待提高的空間。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于封閉式環形腔的側面泵浦激光放大系統及構造方法。

根據本發明提供的一種基于封閉式環形腔的側面泵浦激光放大系統，包括：增益光纖入射端1、增益光纖出射端2、封閉式環形腔3、環形腔外壁4、環形腔內壁5、盤繞式增益光纖6以及側面泵浦光入射口7；

所述所述封閉式環形腔體3由環形腔外壁4和環形腔內壁5共同構建而成；所述盤繞式增益光纖6沿封閉式環形腔體3逆時針纏繞，其中，增益光纖入射端1和增益光纖出射端2位于封閉式環形腔體3同一側面；