[发明专利]一种在光纤放大器或激光器中避免严格控制泵浦波长的方法及产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种在光纤放大器或激光器中避免严格控制泵浦波长的方法及产品。

背景技术

随着光通讯技术的发展，光纤激光器以其超越固体激光器和半导体激光器的许多优势，在通讯及其它诸多领域得到了应用和发展。目前的光纤激光器通常使用激光二极管作为泵浦源。利用激光二极管输出波长随温度漂移的特性，二极管泵浦光纤激光器通常采用温控系统调节泵浦源发射的中心波长，以使其与光纤纤芯材料的吸收峰相吻合，使吸收充分从而提高效率。然而将二极管温度限制在一个严格的范围内，无疑提高了对激光器工作环境以及系统结构设计和操作上的要求。另外，使用光纤光栅对泵浦源进行波长选择也是稳定泵浦波长的一种方法。但该方法并不能有效地利用泵浦功率，简化系统结构。

目前，利用介质对泵浦光的吸收饱和效应来降低激光器性能对泵浦波长敏感程度的方法，已在块状固体激光材料上有所应用。B.Crépy等人(OSA TOPS Vol.68，Advanced Solid-State Lasers，2002)利用光在块状Nd:YAG晶体中的多程折返来增加激光在增益介质中的传播长度，获得了较为平坦的泵浦吸收率曲线，在使用3nm线宽的泵浦源泵浦掺杂浓度为1.1％的晶体时，得到了100℃以上的温度允许范围。而R.A.Fields等人(Appl.Phys.Lett.51(23)，1987)的研究结果指出，Nd:YO₄由于具有较Nd:YAG更宽的、大于20nm的吸收带，因而作为激光器的增益介质能获得较之Nd:YAG更低的阈值和更高的效率。若采用长的介质，则更能增加吸收对泵浦波长变化的不灵敏性。但利用这个原理的方法尚未应用于光纤激光器中，目前也尚未有一种简单而行之有效的方法，在简化系统的同时放宽对光纤激光器泵浦波长控制的要求。事实上，块状晶体固体激光器由于晶体尺寸上的限制而无法充分利用吸收的饱和效应，而光纤型的激光介质恰能较好地发挥这一优势。

根据光纤中的激光速率方程，对于一个二能级的系统，泵浦功率的演化规律为

dPpdz=-AcApσa(vp)N1Pp,]]>

其中P_p为泵浦功率，z为光纤长度方向坐标，A_c、A_p分别为泵浦光和信号光的填充因子，σ_a为粒子的吸收截面积，v_p为泵浦波长，N_l为下能级粒子数。用α(v_p)表示平均泵浦吸收系数，那么由方程

dPpdz=-α‾(vp)Pp]]>

可以得到泵浦吸收率

η(v_p)＝1-exp[-α(v_p)L]，

其中L为光纤长度。在一般情形下，若要求泵浦峰处的吸收率为97％，那么光纤长度范围由一个α的函数确定：

L～3.5/α＝f_97％(α)，

或平均吸收系数范围由一个L的函数确定：