[發(fā)明專利]一種基于反轉粒子數(shù)調控的光纖激光器

在審

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• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113675709A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 史偉;史朝督;田浩;盛泉;鄧勛;姚建銓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發(fā)明公開了一種基于反轉粒子數(shù)調控的光纖激光器，通過對有源光纖中縱向稀土離子的摻雜濃度進行特殊編輯，以實現(xiàn)對激光器中反轉粒子數(shù)的控制，從而對不同縱向位置激光增益進行調制，以達到同時抑制ASE和SBS的目的，實現(xiàn)更高信噪比、更高功率的激光輸出。增益光纖的縱向摻雜濃度可以根據(jù)需要進行調制，該激光器使用靈活，不需要額外器件，簡化了激光系統(tǒng)，具有較大潛力。

技術領域

本發(fā)明涉及光纖激光器領域，尤其涉及一種基于反轉粒子數(shù)調控的光纖激光器。

背景技術

光纖激光器因其具有較好的耐久性、緊湊的結構以及免維護等特點，在工業(yè)加工、科研、醫(yī)療等領域有著廣泛的應用。通過對不同稀土摻雜光纖的運用，實現(xiàn)了光纖激光器在近紅外至中紅外波段的覆蓋，并且通過對激光器結構的優(yōu)化和光纖中摻雜濃度的提高，使得光纖激光器的輸出功率在近20年也得到了飛速提升。通常，采用高濃度稀土摻雜光纖是提高激光器效率和功率的有效方案，但是在正向泵浦的激光器中，由于輸入端激光信號功率較弱，對有源光纖中的上能級粒子數(shù)提取能力受限，而此位置泵浦功率較強，因此會產(chǎn)生大量的上能級粒子數(shù)剩余，這些未能發(fā)生受激輻射的上能級粒子一部分會通過自發(fā)輻射過程產(chǎn)生自發(fā)輻射放大(ASE)，尤其是在高摻雜濃度的光纖中ASE現(xiàn)象尤為明顯，一方面ASE的產(chǎn)生會在放大過程中對激光器的效率造成不利影響，另一方面激光器的穩(wěn)定性會因ASE的存在而發(fā)生惡化。截止到目前，激光器中的ASE抑制仍然是待解決的難題。并且在單頻光纖激光器中，受激布里淵散射(SBS)問題也同樣制約著激光功率的提升，信號光入射端較大的增益使得激光信號快速放大，同樣也造成SBS快速積累，限制了單頻激光功率的提升。

在光纖激光器中反向泵浦技術可以降低ASE的產(chǎn)生以及適當提高SBS閾值，其原理是降低了在信號光入射端的反轉粒子數(shù)，從而降低了該位置的增益，但是由于該方法無法主動控制有源光纖中反轉粒子數(shù)的量，對ASE和SBS的抑制程度有限，并在激光信號的輸出端存在較長的尾纖，因此不利于其在單頻高功率光纖激光器領域中的應用。

以上可見，控制有源光纖中縱向不同位置的反轉粒子數(shù)，可以實現(xiàn)對ASE以及SBS的抑制，尋找能夠主動控制反轉粒子數(shù)的方法，從而實現(xiàn)更高功率、更高信噪比的激光輸出，至關重要。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種基于反轉粒子數(shù)調控的光纖激光器，本發(fā)明提高了激光器輸出的功率和信噪比，詳見下文描述：

一種基于反轉粒子數(shù)調控的光纖激光器，包括：激光種子源、隔離器、泵浦源、泵浦耦合器件、縱向摻雜濃度編輯光纖、準直輸出器。

其中，激光種子源通過光纖直接與隔離器相連，經(jīng)隔離器與泵浦耦合器件相連；泵浦耦合器件與縱向摻雜濃度編輯光纖相連；縱向摻雜濃度編輯光纖與準直輸出器相連；泵浦源通過泵浦耦合器件耦合進入所述縱向摻雜濃度編輯光纖中。

優(yōu)選的，所述的激光種子源、隔離器、泵浦耦合器件、縱向摻雜濃度編輯光纖為保偏或非保偏均可。

其中，所述泵浦源可以是半導體激光器，也可以是光纖激光器或固體激光器以及其他形式的激光器，其激光模式可以是基橫模，也可以是多橫模，只要其發(fā)射波長處在所述縱向摻雜濃度編輯光纖的吸收帶內，能夠使縱向摻雜濃度編輯光纖產(chǎn)生激光增益即可；

其中，所述泵浦耦合器件可以是波分復用器(WDM)，也可以是信號泵浦合束器，根據(jù)泵浦源的形式和橫模選擇相應的耦合方式和器件。

其中，所述縱向摻雜濃度編輯光纖具體為：稀土離子摻雜光纖，稀土離子摻雜在纖芯中，沿光纖縱向對其摻雜濃度進行編輯，摻雜濃度變化方式可以是漸變型，可以是階躍型，摻雜濃度可以逐漸增大，也可以逐漸減小，或先增大后減小，或先減小后增大。通過控制光纖在縱向不同位置的摻雜濃度，以實現(xiàn)光纖不同縱向位置對泵浦光吸收的差異，從而實現(xiàn)在泵浦條件下對光纖不同縱向位置反轉粒子數(shù)的調控。

進一步的，本發(fā)明涉及的反轉粒子數(shù)調控在光纖激光器的預防大級和功率放大級均可采用。