[发明专利]一种1.0μm波段千瓦级保偏单频磷酸盐光纤激光器

说明书

本发明公开了一种1.0μm波段千瓦级保偏单频磷酸盐光纤激光器，包括：1.0μm波段单频激光种子源、单模泵浦源、波分复用器、保偏单包层掺镱磷酸盐光纤、光隔离器、多模泵浦源、合束器、大芯包比保偏双包层高掺镱磷酸盐光纤和包层光剥离器；所述种子源与波分复用器信号端连接，单模泵浦源的尾纤与波分复用器的泵浦端连接，波分复用器的公共端、掺镱磷酸盐光纤、光隔离器和合束器依次连接，多模泵浦源的尾纤与合束器的泵浦端连接，合束器的输出端与所述双包层高掺镱磷酸盐光纤连接，所述双包层高掺镱磷酸盐光纤的尾端作为包层光剥离器，实现1.0μm波段、大功率、近衍射极限光束质量的保偏单频激光输出。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种1.0μm波段、千瓦级、单频保偏磷酸盐光纤激光器。

背景技术

大功率单频光纤激光作为光纤激光领域的一个重要发展方向，在功率水平和线宽特性方面表现出特有优势，使其在激光测距、非线性频率转换、相干合束、引力波探测等领域有着重要应用价值。一般基于小功率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，用来实现其大功率和窄线宽的同时输出。在大功率MOPA单频光纤激光中，由于双包层增益光纤相对有限的纤芯尺寸和较长的作用长度，以及线宽较窄，容易受到非线性效应- 受激布里渊散射(SBS)的影响，制约着大功率单频光纤激光进一步向千瓦级发展，然而引力波探测、激光合束等领域对单频激光的输出功率提出了更高要求。

当前，抑制单频光纤激光中SBS的常见方法有：采用大模场面积增益光纤、对增益光纤施加沿轴向的温度或应力梯度、使用短长度(2～5米)增益光纤等，上述研究工作多采用石英基质的双包层增益光纤。即便如此，单频光纤激光功率规模还是受到了SBS的强烈制约，输出功率局限在400W左右。然而磷酸盐玻璃对稀土离子具有很好的溶解度，可达上百万ppm。基于稀土离子高掺杂双包层磷酸盐光纤可以将MOPA结构中的增益光纤使用长度缩减至亚米量级，结合大芯包比(纤芯直径/内包层直径比例大，具有大的模场直径)、低数值孔径等优势，提升SBS阈值，有望实现千瓦级单频光纤激光输出。

大芯包比双包层增益光纤可以抑制自发辐射光(ASE)，提高输出激光的信噪比；但同时需要抑制高阶模以提高输出激光的光束质量。其中，方法一：对双包层增益光纤两端拉锥处理，增加高阶模的损耗，实现对高阶模的有效抑制；方法二：设计很低纤芯数值孔径的双包层增益光纤，可以在更大直径的纤芯中实现近基模乃至基模输出；方法三：将双包层增益光纤的纤芯掺杂稀土离子，其掺杂区域仅集中在纤芯中心的部分区域，使得基模与掺杂区域高度重叠，减小高阶模与掺杂区域的重叠，以利于基模得到有效放大或激励。从而实现基模输出，提高光束质量。

相关文献有：(1)2017年，南京理工大学申请了一种1微米单频光纤激光器[申请号： 201711011144.7]，通过相移光栅和掺镱光纤构成分布反馈式谐振腔结构，结合滤波环形镜抑制跳模或多纵模振荡现象，实现了1微米单频光纤激光输出。(2)2016年，合肥脉锐光电技术有限公司申请了一种单频光纤激光器及其制作方法[申请号：201611076624.7]，利用增益光纤上刻有的相移光栅实现单频种子光的预注入，通过增益竞争压制其它激光纵模振荡，实现了频谱展宽极窄的单频激光输出。但是上述两项专利其所要求的单频光纤激光器仅仅是单一振荡腔结构，不具有大功率、保偏等输出特性。此外，国防科技大学L.Huang等人使用MOPA 结构，采用单频光纤激光种子源和2.5m长的保偏大模场掺镱双包层石英光纤，对增益光纤施加沿轴向的应力梯度以抑制SBS，实现了波长1064nm、输出功率414W的保偏单频光纤激光输出[Opt.Lett.,2018,42:1]。但是其所要求的单频光纤激光器不具有功率千瓦量级输出特征，且功率放大级基于的是普通商用的石英增益光纤材料。

发明内容