[发明专利]光纤放大器及多级光纤放大器系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地，涉及光纤放大器及多级光纤放大器系统。

背景技术

光纤激光器因其优越的特性，例如优异的光束质量、高的功率和功率密度、易于冷却、高的稳定性和可靠性等，而受到人们的日益关注，并在多个领域有着广泛的应用。

目前，实现高功率激光器输出时，普遍采用的是高功率光纤放大器结构。在光纤放大器中，往往希望泵浦吸收充分，才能实现最大的泵浦利用率，而充分的泵浦吸收意味着需要更长的增益光纤。现有的光纤放大器主要由泵浦源、泵浦耦合器和增益光纤组成，其中，增益光纤的长度通常采用通过理论计算得到的长度，通常为光纤放大器达到最大提取效率时对应的增益光纤的长度，也称预设长度。采用预设长度的增益光纤，可以使光纤放大器实现最大的泵浦利用率，但是由于采用的增益光纤的长度较长，会带来极为严重的非线性效应，尤其是在高功率光纤放大器中。因此，在高功率光纤放大器的发展中，非线性效应成为阻碍其发展的重要瓶颈。具体来看，光纤中受激拉曼散射阈值公式为其中，P_th1为受激拉曼散射阈值，A_eff为光纤纤芯的有效横截面积，L_eff为光纤的有效长度，g_R为拉曼增益常数。光纤中受激布里渊散射阈值公式为其中，P_th2为受激布里渊散射阈值，K为偏振因子，A_eff为光纤纤芯的有效横截面积，g_B为布里渊增益常数，L_eff为光纤的有效长度。上面两个公式可以直观的表明各个非线性效应阈值与光纤的有效长度成反比，因此若为了保证放大级高的输出功率和高的泵浦效率而一味增加增益光纤长度，势必会导致非线性效应愈发严重，并影响着激光器的输出光束质量和输出功率。

为解决上述问题，现有技术中给出了一种光纤放大器，将光纤放大器中的增益光纤长度设置为小于预设长度，这样虽然可以减小增益光纤带来的非线性效应，但是同时会导致泵浦不能被充分吸收，不能实现最大的泵浦利用率，进而会影响光纤放大器的输出功率。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种光纤放大器及多级光纤放大器系统。

一方面，本发明提供了一种光纤放大器，包括：泵浦耦合器、增益光纤和泵浦反馈装置；其中，所述泵浦耦合器用于将泵浦光耦合至所述增益光纤；所述增益光纤的长度小于预设长度，其中，所述预设长度为所述光纤放大器达到最大提取效率时对应的所述增益光纤的长度；所述泵浦反馈装置用于将所述增益光纤内的残余泵浦光与激光分离，并将所述残余泵浦光返回至所述泵浦耦合器。

优选地，所述泵浦耦合器还用于向所述光纤放大器内输入种子光；

相应地，所述泵浦反馈装置还用于输出激光。

优选地，所述泵浦反馈装置具体包括：具有一个输入端和M个输出端的，其中M为大于1的整数；所述分束器的输入端与所述增益光纤的一端连接，所述分束器的M-1个输出端中每一个输出端均与所述泵浦耦合器的一个输入端连接。

优选地，当M>2时，所述泵浦反馈装置还包括：n个合束器，所述合束器具有N个输入端和一个输出端，其中n为不小于1的整数，n*N＝M-1；所述n个合束器中的每一个输入端均与所述分束器的一个输出端连接，所述n个合束器中的每一个输出端均与所述泵浦耦合器的一个输入端连接。

优选地，所述分束器的输入端与所述增益光纤的一端之间还设置有锥形适配器；所述锥形适配器第一端的光纤横截面积小于第二端的光纤横截面积，所述锥形适配器的第一端与所述增益光纤的一端连接，所述锥形适配器的第二端与所述分束器的输入端连接。

优选地，所述泵浦反馈装置还用于向所述光纤放大器内输入种子光；相应地，所述泵浦耦合器还用于输出激光。

优选地，所述泵浦反馈装置具体包括：具有2个输入端和M个输出端的分束器，其中M为大于或等于1的整数；所述分束器的一个输入端用于输入种子光，所述分束器的另一个输入端与所述增益光纤的一端连接，所述分束器的另一个输入端用于将所述种子光输出至所述增益光纤，还用于接收所述增益光纤内的残余泵浦光；所述分束器的M个输出端中每一个输出端均与所述泵浦耦合器的一个输入端连接。

优选地，当M>1时，所述泵浦反馈装置还包括：n个合束器，每个合束器具有N个输入端和一个输出端，其中n为不小于1的整数，n*N＝M；n个所述合束器中的每一个输入端均与所述分束器的一个输出端连接，n个所述合束器中的每一个输出端均与所述泵浦耦合器的一个输入端连接。