[实用新型]一种MOPA结构的高能量低重频全光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及锁模光纤激光器和光纤放大器领域，具体涉及的是通过将低重复频率的主振荡级种子源光纤激光器通过全光纤结构的级联光纤放大器系统进行功率放大，最终实现高功率全光纤激光器高能量低重频脉冲激光输出的方法。

背景技术

在锁模光纤激光器中，锁模脉冲的重复频率越高，单位时间内传输的脉冲个数就越多，这也就意味着可携带的信息量越大，因此，高重复频率超短光脉冲在密集波分复用(DWDM)和光时分复用(OTDM)等新型光纤通信系统中发挥着重要的作用，因而得到了人们密切的关注和飞速的发展。相对于高重复频率超短光脉冲，低重复频率的超短脉冲光源的重复频率要低的多，在平均功率一定的情况下，提高了单个脉冲峰值功率，并且降低脉冲重复频率还可以降低热寄生现象、减小样本损坏，这种高能量脉冲低重复频率激光器在微细加工，生物医学检测，光探测以及激光雷达等领域中正发挥着越来越重要的作用。

一般而言，在光纤激光器中，利用锁模技术产生的光脉冲，其重复频率较高(10-100MHz)而脉冲能量较低。为了满足微细加工，生物医学检测，光探测以及激光雷达等领域中对高脉冲能量的要求，通常将锁模光纤激光器产生的超短脉冲通过脉冲选择器(电光调制器或声光调制器)获得低重复频率的脉冲激光，然后再将这种低重复频率的脉冲激光耦合入放大器中进行放大从而获得高能量脉冲输出。传统的电光调制器和声光调制器作为脉冲选择方式，一方面调制对比度较低，所选单脉冲中通常会带有原始脉冲信号，并会随着放大而对选择结果造成大的干扰；另一方面，其价格昂贵，能量利用效率低，散热性能差，不能利用空气冷却，造成能量浪费严重，且体积庞大，结构复杂，从而使光纤激光器失去了简洁轻便的优点。与此相比，根据锁模光纤激光器的脉冲重复频率和激光器腔长成反比的关系，通过延长腔长来降低锁模脉冲的重复频率从而提高脉冲能量则是一个简单有效的方法。

要实现全光纤结构的锁模光纤激光器，目前最有效的方法是被动锁模技术，被动锁模技术是一种全光纤非线性技术，它不需要任何的有源器件，而是将光纤的非线性效应作为锁模机制，产生ps甚至fs量级的脉冲。目前最常用的被动锁模技术主要是基于可饱和吸收体实现被动锁模，常用的可饱和吸收体是半导体可饱和吸收镜(SESAM)和碳纳米管(SWNT)，它们利用了可饱和吸收体对激光的吸收随光场强度而变化的原理，在激光谐振腔中，当光场较弱时吸收较强，光强较强时吸收较弱，当光强达到特定值时，使最强激光经受最小损耗，从而得实现激光锁模。最近，人们发现原子层级石墨烯薄膜可以作为一种新型的可饱和吸收体用于光纤激光器被动锁模及调Q，相比于SESAM和SWNT，石墨烯可饱和吸收体具有饱和吸收带范围宽，损伤阈值高，比表面积大，易于与光纤耦合等优点，目前国际上已有多个课题组将石墨烯作为饱和吸收体展开了研究。

近年来，由于包层泵浦技术的出现，极大促进了高功率光纤激光器和高功率光纤放大器的发展，包层泵浦技术利用的双包层掺杂光纤，其纤芯与相应激光波长的单模稀土掺杂光纤相同，内包层的形状和直径能够与高功率激光二极管有效耦合外包层采用低折射率材料。当多模泵浦激光耦合到双包层光纤的内包层中时，多模泵浦光在内包层中传播时会反复穿过光纤纤芯，使光纤纤芯对泵浦光的达到有效吸收并辐射出单模激光，从而实现高功率、低亮度激光二极管泵浦激光转换成接近衍射极限的强激光输出。

基于主振荡功率放大，简称MOPA，它是通过用泵浦光对种子信号光进行泵浦，从而实现对种子光源的功率放大。其主要优点是：主振荡器主要作用是产生高质量的种子光，由于可以对种子源的输出特性进行调节，因而输出光较易做到所需的时域、频域特性和保持良好的光束质量；功率放大部分主要作用则是对种子光进行放大，在保证了输出光的高光束质量的同时又实现了高功率、高能量输出，又保证了低功率种子源的良好脉冲特性和双包层放大器的高功率放大特性的优点。

发明内容

本发明的目的主要是针对上述现有技术的不足，设计了一种产生高能量低重频脉冲激光的方法，该方法通过延长腔长的办法实现了锁模光纤激光器的高能量低重频脉冲输出，并将它作为主振荡级种子源系统通过级联光纤放大器系统进行功率放大，从而现实了高能量低重频脉冲激光的高功率输出。

本发明目的将由以下技术方案完成：