[发明专利]光纤放大器和光纤放大器输出的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光纤放大器和光纤放大器输出的控制方法。

背景技术

在脉冲双包层光纤激光器的常规应用中，通常对输出激光的光谱质量并不做特殊要求，但是在某些特定场合的应用中，则对于输出激光的光谱质量有明确的限定，例如，在光学频率变换中，就要求输出激光光谱宽度小于1.5nm。

光纤放大器输出光谱的劣化主要是由非线性效应导致的，例如自相位调制（Self-phase Modulation，简称SPM）。SPM是指一个模式的光波（如单频、单偏振的光波）在光纤中传输时，使传输的光波发生相移的情况，这种相移与光场的强度有关。SPM会导致光谱展宽，当脉冲沿光纤传输时，SPM的频率分量在不断产生，这些频率分量展宽了光谱。且随增益光纤的长度及增益光纤中激光峰值功率的增加，SPM会迅速增大，从而使输出光谱展宽。对于不同纤芯直径的增益光纤，产生严重光谱展宽时对应的激光峰值功率有所不同，例如，对于纤芯直径为10μm的增益光纤，激光峰值功率10kW时就会产生严重的光谱展宽，而对于纤芯直径为30μm的增益光纤，峰值功率达到30kW时会达到同样的效果。

对于现有脉冲双包层光纤放大器的设计，研究者更多的考虑到光纤放大器的效率，而没有关注输出光谱质量。具体来说，图1为现有的光纤放大器的结构示意图，主要由泵浦源、泵浦合束器及增益光纤组成，其中，增益光纤的长度通常采用通过理论计算得到的长度，也称最佳增益光纤长度。采用最佳增益光纤长度的增益光纤，优点是可使放大器的提取效率达到最高，但是这种情况下，输出光谱质量并不理想。例如，对于峰值功率为50kw的光纤放大器，光谱宽度典型值通常为10nm，无法满足特定场合对于光谱宽度的要求。

针对现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，目前尚未提出有效地解决方案。

发明内容

本发明提供一种光纤放大器和光纤放大器输出的控制方法，用以解决现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种光纤放大器，包括：泵浦源，用于产生泵浦光；增益光纤，增益光纤的长度小于最佳增益光纤长度，其中，最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度；泵浦波长控制装置，泵浦波长控制装置的输入端与泵浦源连接，用于控制通过的泵浦光的中心波长和光谱宽度；泵浦合束器，用于将泵浦光和种子激光耦合至增益光纤，其中，泵浦合束器的第一输入端与泵浦波长控制装置的输出端连接，种子激光通过泵浦合束器的第二输入端输入，泵浦合束器的输出端与增益光纤的第一端连接；泵浦光泄漏装置，用于将未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏，并输出放大后的激光，其中，泵浦光泄漏装置的第一端与增益光纤的第二端连接，泵浦光泄漏装置的第二端作为光纤放大器的输出端。

优选地，泵浦光泄漏装置包括：金属夹具，金属夹具上设置有凹槽，凹槽的型状与无源光纤相适配；无源光纤，无源光纤的全部或部分设置于金属夹具的凹槽内，无源光纤的第一端与增益光纤的第二端连接，无源光纤的第二端作为光纤放大器的输出端，其中，无源光纤的光纤直径和包层直径与增益光纤相一致，设置于凹槽内的无源光纤存在被剥除涂覆层的位置，被剥除涂覆层的位置设置有固化的泵浦光泄漏胶。

优选地，无源光纤被剥除涂覆层的位置的长度大于或等于5cm。

优选地，泵浦波长控制装置包括光纤滤波器。

优选地，光纤滤波器的中心波长与增益光纤吸收峰的中心波长相一致，光纤滤波器的光谱宽度为0.1nm至0.5nm。

优选地，增益光纤的长度为最佳增益光纤长度的65%至90%。

优选地，增益光纤为掺Yb的增益光纤。

另一方面，本发明还提供一种光纤放大器输出的控制方法，包括：泵浦波长控制装置对泵浦源产生的泵浦光进行控制，以获取中心波长和光谱宽度满足预定条件的泵浦光；泵浦合束器将泵浦光和光纤放大器的种子激光耦合至增益光纤，其中，增益光纤的长度小于最佳增益光纤长度，最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度；泵浦光泄漏装置对未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏，并输出泵浦合束器放大后的激光。

优选地，泵浦波长控制装置通过光纤滤波器对泵浦源产生的泵浦光进行控制，其中，光纤滤波器的中心波长与增益光纤吸收峰的中心波长相一致，光纤滤波器的光谱宽度为0.1nm至0.5nm。