[發(fā)明專利]高功率高光束質(zhì)量可調(diào)諧窄線寬光纖激光器

在審

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• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114614326A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李平雪;于可新;李陽;王云朋
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/08
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

高功率高光束質(zhì)量可調(diào)諧窄線寬光纖激光器涉及光纖激光領(lǐng)域，包括窄線寬激光種子源、光纖預(yù)防大器和光纖主放大器三部分。窄線寬激光種子源發(fā)出重頻可調(diào)脈寬可調(diào)功率微弱的種子光，光纖預(yù)放大器和光纖主放大器采用主振蕩功率放大結(jié)構(gòu)，預(yù)放大器實(shí)現(xiàn)對種子光進(jìn)行初步放大以及雜散光的分段濾除，主放大器通過一種3C光纖實(shí)現(xiàn)種子光的功率進(jìn)一步放大以及光束質(zhì)量的有效優(yōu)化。各個模塊均采用全纖化熔接的方式，結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、易于封裝，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百瓦級且高光束質(zhì)量的窄線寬光纖激光輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖激光領(lǐng)域，特別是涉及高功率高光束質(zhì)量可調(diào)諧窄線寬光纖激光器。

背景技術(shù)

窄線寬光纖激光器憑借其體積小、工作穩(wěn)定、光束質(zhì)量高、相干性好等優(yōu)勢，近年來得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是峰值功率高、光束質(zhì)量好的窄線寬光纖激光器在非線性頻率變換、激光雷達(dá)、激光測距和相干合成等領(lǐng)域更是有著廣泛的應(yīng)用前景和重要的研究價值。

由于受激布里淵散射效應(yīng)(SBS)等非線性效應(yīng)的影響，窄線寬光纖激光器功率的提升具有一定的難度，因此必須采用有效手段對受激布里淵散射進(jìn)行有效的抑制，實(shí)驗上常采用大模場面積(LMA)光纖的方法來實(shí)現(xiàn)激光器的高功率輸出，但由于大模場光纖不滿足單模條件，故降低了輸出光束的質(zhì)量。3C手性耦合纖芯光纖能夠突破傳統(tǒng)單模光纖V＝2.405歸一化截止頻率的限制，在大纖芯直徑(大于30μm)的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單模輸出，且無需任何模式控制技術(shù)。這樣既可達(dá)到提升光纖激光器輸出功率的目的，又可以很方便地將光纖置于復(fù)雜系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)光纖激光系統(tǒng)的集成化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種高功率高光束質(zhì)量可調(diào)諧窄線寬光纖激光器，克服傳統(tǒng)窄線寬光纖激光的采用大模場面積增益光纖實(shí)現(xiàn)高功率輸出時出現(xiàn)的光束質(zhì)量降低的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

高功率高光束質(zhì)量可調(diào)諧窄線寬光纖激光器，其特征包括窄線寬激光種子源Ⅰ、光纖預(yù)防大器Ⅱ和光纖主放大器Ⅲ。窄激光種子源Ⅰ輸出重頻1MHz～50MHz，脈寬150ps-2ns，線寬MHz量級，輸出信號光功率微弱的脈沖光，為防止在功率放大時因種子光功率不足產(chǎn)生放大的自發(fā)輻射(ASE)效應(yīng)，首先通過種子源單模光纖放大將種子光功率提升至十幾毫瓦量級；隨后進(jìn)入光纖預(yù)防大器Ⅱ，信號光依次經(jīng)過一級單模光纖放大和三級多模雙包層光纖放大后功率提升至十幾瓦量級；在光纖主放大器中，采用大模場面積的采用3C手性耦合纖芯光纖作為增益光纖不僅有效提升激光器的輸出功率，同時提升了脈沖信號光的光束質(zhì)量。整體結(jié)構(gòu)通過光纖熔接實(shí)現(xiàn)了光纖激光系統(tǒng)的集成化。

進(jìn)一步地，所述窄線寬激光種子源Ⅰ包含重頻可調(diào)脈寬可調(diào)功率微弱的種子激光器、第一波分復(fù)用器、第一增益光纖、第一半導(dǎo)體激光器、第一帶通濾波器、第一光纖環(huán)形器、第一反射式光纖光柵、第一光纖分束器。重頻可調(diào)脈寬可調(diào)功率微弱的種子激光器的信號輸出纖連接第一波分復(fù)用器信號纖端，第一半導(dǎo)體激光器輸出端連接第一光纖波分復(fù)用器泵浦纖端，第一波分復(fù)用器輸出端連接第一增益纖輸入端，第一增益纖輸出端連接第一帶通濾波器輸入端，第一帶通濾波器輸出端連接第一光纖環(huán)形器輸入端，第一光纖環(huán)形器反射端連接第一反射式光纖光柵前端，第一反射式光纖光柵后端連接第一光纖跳線，第一光纖環(huán)形器輸出端連接第一光纖分束器的輸入端；第一光纖分束器分光較少的輸出端連接第二光纖跳線；

所述第一增益光纖為非保偏摻鐿單模增益光纖；所述第一光纖跳線、第二光纖跳線為非保偏單模斜頭跳線；所述重頻可調(diào)脈寬可調(diào)功率微弱的種子激光器為腔內(nèi)電流調(diào)制的半導(dǎo)體激光器或光纖激光器。

進(jìn)一步地，所述光纖預(yù)防大器Ⅱ由一級單模光纖放大器和三級多模光纖放大器級聯(lián)組成的功率放大器，包括第二波分復(fù)用器、第二增益光纖、第二半導(dǎo)體激光器、第二帶通濾波器、第一光纖隔離器、第三半導(dǎo)體激光器、第一光纖合束器、第三增益光纖、第二光纖隔離器、第四半導(dǎo)體激光器、第二光纖合束器、第四增益光纖、第三光纖隔離器、第五半導(dǎo)體激光器、第三光纖合束器、第五增益光纖、第四信號光隔離器；