[發明專利]高重頻超短拉曼脈沖泵浦的1.5μm單頻光纖放大器

在審

• 申請號: 202011574956.4
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112688148A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 路橋;丁中華;錢勇;楊潤蘭
• 申請（專利權）人: 南京先進激光技術研究院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 周中民

本發明公開了一種高重頻超短拉曼脈沖泵浦的1.5μm單頻光纖放大器，包括超短脈沖抽運源和1.5μm單頻激光種子，超短脈沖抽運源依次連接一級拉曼高反光柵、二級拉曼高反光柵、拉曼光纖、一級拉曼低反光柵、二級拉曼低反光柵，1.5μm單頻激光種子依次連接光纖隔離器、濾波光纖波分復用器、Er/Yb共摻光纖，二級拉曼低反光柵和Er/Yb共摻光纖通過抽運光纖波分復用器連接輸出光纖端帽。本發明通過采用高重頻拉曼超短脈沖泵浦，提高了泵浦光峰值功率和拉曼轉化效率，利用增益光纖對高重頻泵浦光低通屬性，實現準連續泵浦光性質，不改變放大后單頻激光時域性質，構建了一種抑制受激布里淵效應的高效、保真1.5μm單頻光纖放大器。

技術領域

本發明涉及1.5μm波段單頻光纖放大技術領域，尤其是高功率、高光束質量的單頻光纖放大器，應用場景有人眼安全雷達、引力波探測、空間光通信和引力波探測等。

背景技術

低噪聲單頻激光因線寬窄、相干性好等優勢而在激光雷達、空間相干通信、原子鐘、引力波探測等精密測量領域有著廣闊的應用前景，特別是1.5微米的人眼安全波段激光。隨著探測距離需求的不斷提高，人們不斷追求更高功率，且能保持良好光束質量的單頻激光。

單頻光纖放大器是實現高功率、良好光束質量單頻激光輸出的主要方案之一，已經在工程實踐中得到了大量的應用。人們采用大模場光纖MOPA系統已經在1.5um實現了56W的高功率激光輸出，然而受到受激布里淵效應的影響，所采用的光纖模場直徑為25微米，為多模光纖，光束質量較差，不利于遠距離應用。研究表明，布里淵閾值限制下的單模光纖所允許的輸出功率僅為10W量級。減短光纖長度是抑制布里淵效應的重要方案，2019年上海光機所報道了采用1064nm高功率連續激光二級拉曼到1480nm作為泵浦源，同帶泵浦放大獲得50W 1.5微米單頻激光的工作。由于1480nm同帶泵浦量子虧損少，轉化效率高，可使用較短的增益光纖長度，從而抑制非線性效應。

然而連續1064nm激光拉曼轉化至1480nm的效率為30％左右，導致最終的插電效率約8％。由于拉曼效應與輸入光的峰值功率成正比，超短脈沖峰值功率可以輕易達到10kW級別，且由于Er/Yb共摻光纖對泵浦光的增益響應帶寬僅為10kHz，那么采用高重頻(20MHz)的超短脈沖激光，增益光纖不能響應快速的脈沖波動，上能級粒子數保持穩態，仍保持類似連續光泵浦特性，不對單頻激光的強度造成影響。通過采用此方法，可將1064nm激光拉曼轉化至1480nm的效率提高至50％以上。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種高效率的高功率拉曼同帶泵浦1.5微米單頻光纖放大器，通過采用高重頻的超短脈沖，既提高了拉曼轉化效率，獲取更大功率的1480nm激光，又由于增益光纖對泵浦激光的低通濾波屬性，使得脈沖泵浦不影響1.5微米單頻激光的時域工作特性。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種高重頻超短拉曼脈沖泵浦的1.5μm單頻光纖放大器，包括超短脈沖抽運源、一級拉曼高反光柵、二級拉曼高反光柵、拉曼光纖、一級拉曼低反光柵、二級拉曼低反光柵、1.5微米單頻激光種子、光纖隔離器、濾波光纖波分復用器、Er/Yb共摻光纖、抽運光纖波分復用器、輸出光纖端帽；

超短脈沖抽運源與一級拉曼高反光柵一端相連，一級拉曼高反光柵另一端與二級拉曼高反光柵一端相連，二級拉曼高反光柵另一端與拉曼光纖一端相連，拉曼光纖另一端與一級拉曼低反光柵一端相連，一級拉曼低反光柵另一端與二級拉曼低反光柵一端相連，二級拉曼低反光柵另一端與抽運光纖波分復用器的短波長工作端相連，二級拉曼低反光柵另一端作為輸出端，輸出高重頻拉曼超短脈沖激光，用于單頻光纖放大器的抽運；

1.5μm單頻激光種子與光纖隔離器輸入端相連，光纖隔離器輸出端與濾波光纖波分復用器的長波長工作端相連，濾波光纖波分復用器的短波長工作端切斜成8°成并且空置，用于濾除剩余泵浦光，濾波光纖波分復用器的公共端與Er/Yb共摻光纖一端相連，Er/Yb共摻光纖另一端與抽運光纖波分復用器的公共端相連，抽運光纖波分復用器的長波長工作端與輸出光纖端帽相連，輸出單頻激光。