[发明专利]一种光纤放大系统及其光纤放大方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种光纤放大系统及其光纤放大方法。

背景技术

光纤激光器因其具有优异的光束质量、高功率和功率密度、简单的热控管理、高稳定性和可靠性等多方面的优点而备受关注，并在多个领域广泛应用。在实际应用中，光纤激光器既需要连续长时间输出，也需要短脉冲的调制输出。而现有的光纤激光器通常采用主控振荡放大的方式获得高功率输出，主控振荡源一般采用半导体激光器或光纤激光种子。

如果采用半导体激光器作为种子源，可以通过直接调制电流驱动半导体激光器形成脉冲激光输出，然后对脉冲激光进行放大。根据求解Tuker R S等在《(High-frequency characteristics of directly modulated InGaAsP ridge waveguide and buried hetero structure lasers》(Lightwave Technology，1984；2(4)：385～393)提出的半导体激光器速率方程，可以发现半导体激光器存在弛豫振荡特性，参见图1，图1所示为阶跃信号驱动下的半导体激光器输出特性曲线。

一方面，普通的半导体激光器或主振荡光纤激光种子采用脉冲驱动进行调制时，将出现脉宽为ns量级的弛豫振荡脉冲，采用光纤放大器对该脉冲放大时，这个短脉冲由于放大过程中峰值功率的提高将对光纤造成永久性损伤。另一方面，如果采用这种窄光谱带宽，窄脉冲宽度的激光进行光纤放大，容易激发受激布里渊散射(SBS)等非线性效应，产生超高峰值功率脉冲，也会对光纤造成永久性损伤。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有的光纤激光放大器在放大过程中产生弛豫振荡、SBS非线性效应，从而导致超高峰值功率脉冲的问题。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种光纤放大系统，包括：超辐射发光二极管，用于输出激光；耦合器，与所述超辐射发光二极管的输出端连接，用于将所述激光耦合到隔离器；所述隔离器，连接在所述耦合器和光纤放大器之间，用于阻止进入所述光纤放大器的激光回馈射入所述超辐射发光二极管；和所述光纤放大器，用于对所述激光进行放大。

在本发明的一个实施例中，所述光纤放大系统还包括：驱动模块，用于对所述超辐射发光二极管采用脉冲驱动进行调制，获取脉冲超辐射输出激光。通过控制超辐射发光二极管的驱动电流可以获得任意波形的脉冲输出，并可控制输出激光的脉冲宽度和脉冲重复频率，具有脉冲信噪比高的特点。

在本发明的一个实施例中，所述输出激光的脉冲宽度为0.1ns-50s。

在本发明的一个实施例中，所述超辐射发光二极管输出激光的中心波长范围为660nm-2300nm。

在本发明的一个实施例中，所述超辐射发光二极管输出激光的方式包括：自由空间输出，单模光纤输出、保偏光纤输出。

在本发明的一个实施例中，所述耦合器：采用分立透镜对以所述自由空间输出的激光进行耦合；和采用分立透镜或光纤熔接对以所述单模光纤输出和保偏光纤输出的激光进行耦合。

在本发明的一个实施例中，所述光纤放大系统还包括：滤波器，连接在所述耦合器和隔离器之间，用于对所述激光的中心波长和脉冲宽度进行操控。通过设置一定波长范围内具有一定带宽的滤波器，可以控制超辐射激光的输出光谱宽度和形状。

在本发明的一个实施例中，所述光纤放大器包括：增益光纤；和泵浦装置，用于向所述增益光纤注入泵浦光。

在本发明的一个实施例中，所述增益光纤为掺杂光纤，其中，增益粒子在所述增益光纤的横截面上的掺杂方式包括：平顶掺杂、平顶部分掺杂、渐变式掺杂。

在本发明的一个实施例中，所述增益光纤的两个端面进行防反射处理。

在本发明的一个实施例中，所述防反射处理包括将所述增益光纤的两个端面切成斜角。

在本发明的一个实施例中，所述泵浦装置向所述增益光纤的端面注入所述泵浦光，或者通过多光束耦合泵浦注入所述泵浦光。

在本发明的一个实施例中，所述泵浦装置向所述增益光纤的侧面注入所述泵浦光，或者通过分布式泵浦注入所述泵浦光。

本发明另一方面提供一种光纤放大方法，包括以下步骤：A.采用超辐射发光二极管作为种子源输出激光；B.将所述激光通过耦合器进行耦合；C.所述激光通过所述隔离器进入光纤放大器进行放大。