[发明专利]提高大功率单频光纤激光器中受激布里渊散射阈值的装置

说明书

本发明提供了提高大功率单频光纤激光器中受激布里渊散射阈值的装置，包括金属圆柱体、阻隔层、侧面竖槽、螺纹槽、上半导体致冷器TEC和下半导体致冷器TEC；所述的金属圆柱体由若干块不同材质的金属扇形体共同组合在一起构成；不同金属扇形体交替排列，金属圆柱体中空部分用阻隔层将金属扇形体隔离开来；侧面竖槽开设在金属圆柱体外侧面；所述螺纹槽由金属圆柱体的侧面自上而下刻出，螺纹槽为单道内螺纹，将有源双包层光纤紧密盘绕于螺纹槽中，并且填充导热硅脂进行散热。本发明可以有效地提高大功率单频光纤激光器中的受激布里渊散射阈值，实现单频光纤激光的大功率、高光束质量、稳定输出，其装置结构非常简单、紧凑。

技术领域

本发明涉及到大功率光纤激光器、单频光纤激光器等激光应用领域，具体涉及用于提高大功率单频光纤激光器中受激布里渊散射阈值的装置。

背景技术

大功率单频光纤激光器在功率水平和线宽特性等方面具有独特优势，其广泛应用于激光指示与测距、激光雷达、光谱学、非线性频率转换、相干合束等领域。一般基于小功率窄线宽单频激光器作为种子源，采用种子源主振荡功率放大（MOPA）结构，来实现其大功率和窄线宽的输出性能。但由于该结构中种子源激光器的线宽很窄，以及有源双包层光纤相对有限的纤芯尺寸和较长的作用长度，导致单频光纤激光器的输出功率提升主要受到了受激布里渊散射的极大制约，其典型值被限制在500 W左右（Opt. Express, 2007, 15(25):17044-17050）。

受激布里渊散射是一种发生在光纤内的非线性过程，是入射泵浦光经过光纤被分子振动调制导致的，其具有明显的增益和阈值特征。当一旦达到布里渊散射阈值，受激布里渊散射将绝大部分信号光功率转换为反向斯托克斯光，即导致激光输出功率或光-光转换效率的降低。因此，受激布里渊散射极大地限制了单频光纤激光输出功率的提升。

目前，抑制光纤激光器中受激布里渊散射的常见方法有以下几种：

（1）使用短长度高掺杂大芯径有源双包层光纤，即增大光纤的模场面积和提高其掺杂稀土离子浓度（Laser Phys. Lett., 2012, 9(8): 591-595）。但是该方法不仅涉及到双包层光纤制作工艺的优化设计，而且降低了双包层光纤的柔韧性与散热能力（比表面积下降）。

（2）使用特殊结构的光纤（美国专利：US005851259A、US006542683B1），但是该方法也涉及到对光纤结构的重新设计，其工艺复杂，且仅适合于非掺杂稀土离子的单模光纤，很难解决现有大功率光纤激光器中的热效应、受激布里渊散射、模式控制等问题。

（3）在沿双包层光纤轴向施加温度或应力梯度分布等方式（Opt. Express, 2007,15(25): 17044-17050、Opt. Express, 2013, 21(5): 5456-5462），以降低受激布里渊散射的有效增益系数，进而抑制受激布里渊散射。但是仅通过沿双包层光纤轴向热量分布的不均匀性（被动方式）来实现，没有给出具体应力分布的实现手段。此外，中国专利：201010104948.3对长度为50 m的单模光纤同时施加温度梯度和纵向压力或张力，以实现抑制受激布里渊散射的目的。但是该方法没有给出具体的技术手段，且仅仅适用于非掺杂稀土离子的单模光纤，不适合有源双包层光纤的情况。

（4）使用多波长单频种子源激光器，信号激光功率将分布在多个频率成分上，致使每个频率成分的谱功率密度降低（Laser Phys. Lett., 2012, 9(7): 532-536）。但是该方法涉及到多个种子源激光器，结构复杂，控制较困难。

（5）使用光纤布拉格光栅，即将光栅设计成对前向传输泵浦光透过，而基于受激布里渊散射产生的斯托克斯频谱则落在其阻带内，斯托克斯光被光栅反射并和泵浦光一起往前传输（Opt. Express, 2003, 11(25): 3467-3472）。

发明内容