[发明专利]一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量装置及测量方法

说明书

本发明公开一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量装置及测量方法，测量装置包括依次设置的任意波形发生器、可调谐种子源激光器、光纤激光预放大器、第一包层光剥离器、带通滤波器、隔离器、(2+1)×1合束器、待测有源光纤、第二包层光剥离器和脉冲能量计；(2+1)×1合束器前方还设置有激光泵浦源；任意波形发生器控制可调谐种子源激光器产生重复频率和脉宽可调的种子光；光纤激光预放大器对种子光进行预放大，以保证种子光能完全提取待测有源光纤中存储的能量；预放大后的种子光和激光泵浦源输出的泵浦激光由(2+1)×1合束器耦合到待测有源光纤中，待测有源光纤后熔接第二包层光剥离器滤除多余泵浦光，最终输出的脉冲光由脉冲能量计进行探测。

技术领域

本发明属于有源光纤中稀土离子能级寿命测量领域，特别是涉及一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量装置及测量方法。

背景技术

光纤激光器相对于传统固体激光器，具有光束质量好、热管理方便、结构紧凑等优点，近年来在激光加工、激光制造、国防军工等方面对光纤激光器有着巨大的市场需求。随着光纤激光器的广泛应用，作为光纤激光器增益介质的稀土掺杂有源光纤也获得了广泛关注和研究。对于光纤激光器，基于主振荡功率放大技术的光纤激光放大器是实现高功率输出的主要手段，而有源光纤掺杂离子的能级寿命影响着激光放大系统的反转粒子数分布、泵浦效率和输出脉冲能量等，因此获得增益光纤中Yb³⁺能级寿命对优化系统设计，提升光纤激光器性能至关重要。

近些年发展出多种测量玻璃或晶体中掺杂离子寿命的方法，包括激光诱导荧光光谱法、线宽测量法、延迟复合法、束箔法等，但对有源光纤中离子能级寿命测量方法报道的较少。通常是将玻璃或晶体中稀土离子能级寿命测试方法应用到掺杂光纤能级寿命的测量上，或者将掺杂光纤能级寿命等效为光纤预制玻璃中掺杂离子的能级寿命。前者测试系统复杂数据处理繁琐，后者则忽视了光纤拉制过程中温度压力变化以及杂质引入对掺杂离子寿命的影响。因此，提出一种有源光纤中稀土离子能级寿命的新方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量装置及测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量装置，包括依次设置的任意波形发生器、可调谐种子源激光器、光纤激光预放大器、第一包层光剥离器、带通滤波器、隔离器、(2+1)×1合束器、待测有源光纤、第二包层光剥离器和脉冲能量计；所述(2+1)×1合束器前方还设置有激光泵浦源；所述任意波形发生器控制可调谐种子源激光器产生重复频率和脉宽可调的种子光；光纤激光预放大器对种子光进行预放大，以保证种子光能完全提取待测有源光纤中存储的能量；预放大后的种子光和激光泵浦源输出的泵浦激光由(2+1)×1合束器耦合到待测有源光纤中，待测有源光纤后熔接第二包层光剥离器滤除多余泵浦光，最终输出的脉冲光由脉冲能量计进行探测。

进一步的，所述的任意波形发生器能产生脉冲宽度和重复频率可调的射频信号，可调谐种子源激光器在任意波形发生器控制下可产生与射频信号相同的脉冲种子光。

进一步的，所述光纤激光预放大器将脉冲种子光放大到能完全提取待测光纤中存储能量的程度。

进一步的，所述的待测有源光纤为稀土掺杂双包层光纤，待测有源光纤内的掺杂离子包括Yb³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等。

一种有源光纤中稀土离子能级寿命测量方法，适用于单包层有源光纤及双包层有源光纤，包括以下步骤：

(1)利用任意波形发生器控制可调谐种子源激光器产生脉冲宽度和重复频率可调的种子光；

(2)光纤激光预放大器对种子光进行放大，(2+1)×1合束器将放大后的脉冲种子光和泵浦光耦合到待测光纤中；