[实用新型]一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，尤其是一种基于同带泵浦技术的复合腔结构光纤振荡器。

背景技术

光纤激光器以其光束质量好、转换效率高、结构稳定紧凑、热管理便利等优势，在激光医疗、生物工程、工业制造、国防建设等领域具有广阔应用前景。目前高功率光纤激光通常使用掺镱光纤实现，单纤单模输出功率已高达20kW，多模输出功率高达100kW。以上记录均由光纤放大器结构创造，而对于结构更加简单紧凑的光纤振荡器其最高功率在数千瓦量级，在1微米波段长波方向(>1120nm)最高功率仅为数百瓦。随着双包层光纤、光纤光栅等器件制作工艺的改进，光纤振荡器的功率不断提高，然而泵浦光源亮度不足、非线性效应、光纤热透镜效应等因素仍为其发展瓶颈。为了突破泵浦光源亮度对功率提升的限制，近年来研究人员提出同带泵浦方案，该方案首先利用常规半导体激光泵浦产生亮度较高的光纤激光，再以产生的激光继续泵浦产生亮度更高的光纤激光，这样通过二次泵浦过程有效提高了泵浦光源的亮度，增加了泵浦光的注入功率。同时，泵浦光与出射激光处于掺杂离子的同一能带中，其波长差较小，降低了能量转换过程中的量子亏损，可以缓解光纤内的热负担。因此同带泵浦方案在光纤激光更高功率输出方面表现出巨大优势。

虽然同带泵浦方案具有较大的功率提升潜力，但是振荡器功率仍会受到非线性效应的制约。在光纤振荡器结构中，光纤内激光功率密度较高时容易产生受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应，导致大部分能量转移至斯托克斯光，不但影响了振荡器中信号光功率的增长，并且后向传输的斯托克斯光会对前级系统安全造成威胁。如果在振荡器中同时使用多对光栅构成复合腔，不仅通过引入多个波长的光有效降低了光纤内非线性作用强度，并且缩短了非线性效应的有效作用长度，提高非线性效应阈值，因此将能够实现振荡器更高输出功率水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于同带泵浦的复合腔结构高功率光纤振荡器。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于同带泵浦技术的复合腔结构高功率光纤振荡器，利用半导体激光器泵浦，获得1010nm～1030nm波段掺镱光纤激光器，再利用其泵浦两对或多对光纤光栅构成的复合腔结构光纤振荡器，有效提高非线性效应阈值，实现更高功率的光纤激光输出。

具体地，所述1010nm～1030nm掺镱光纤激光器的结构包括依次连接的泵浦激光器、前级功率合束器、1010nm～1030nm高反光纤光栅、双包层掺镱光纤和1010nm～1030nm低反光纤光栅。

所述复合腔结构光纤振荡器的结构包括功率合束器、依次连接的中心波长为λ₁、λ₂、……λ_n的高反光纤光栅、双包层掺镱光纤、双包层被动光纤、依次连接的中心波长为λ_n、……λ₂、λ₁的低反光纤光栅。其中，高反光纤光栅、低反光纤光栅的波长位于1微米波段范围，中心波长λ₁、λ₂、……λ_n依次递增(n≥2)，且相邻波长的波长间隔均在拉曼增益谱范围内。

所述泵浦激光器可以是工作波长为976nm或915nm的半导体激光器。

所述前级功率合束器可以是n×1的合束器(n为正整数)，且泵浦臂光纤应与前级泵浦激光器输出端的光纤相匹配。

所述功率合束器可以是n×1的合束器(n为正整数)，且泵浦臂光纤应与1010nm～1030nm掺镱光纤激光器低反光纤光栅的光纤相匹配。

所述复合腔结构光纤振荡器中的高反光纤光栅、低反光纤光栅的中心波长可以在1微米波段选择，同时满足在镱离子的发射谱范围内；高反光纤光栅与低反光纤光栅数量相同，且中心波长一一对应；光纤光栅数量可以为2对或多对光栅；波长相邻的光纤光栅，其波长间隔在拉曼增益谱范围内。计算公式：

其中，Δυ为硅基质光纤中的拉曼频移，取值在13.2THz左右；c为光速。

所述的复合腔结构光纤振荡器中的被动光纤，其长度有一定取值，也可以为0。

本发明的工作工程是：