[发明专利]适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器及其放大方法

权利要求书

1.一种适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器，其特征在于，包括掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质(1)、光纤入射端口(2)、光纤出射端口(3)、泵浦太阳光(4)和多波长种籽激光(5)，

所述光纤入射端口(2)与所述光纤出射端口(3)位于同一直线上，所述掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质(1)绕成环状结构设置在所述光纤入射端口(2)和所述光纤出射端口(3)之间，所述多波长种籽激光(5)由不同波长的多束激光形成并位于所述光纤入射端口(2)处，所述泵浦太阳光(4)设置在所述光纤入射端口(2)处并位于所述多波长种籽激光(5)上方，

所述掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质(1)、所述光纤入射端口(2)、所述光纤出射端口(3)、所述泵浦太阳光(4)和所述多波长种籽激光(5)相配合工作，使得所述多波长种籽激光(5)能够完成多个不同波长激光的同时放大。

2.根据权利要求1所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器，其特征在于，所述空间阳光泵浦激光放大器在950-1075nm波段能对多波长激光进行放大。

3.一种适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将泵浦太阳光经光纤入射端口会聚至掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质；

步骤2，利用光纤合束手段将多波长种籽激光经光纤入射端口耦合至掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质的纤芯，多波长种籽激光在纤芯内行进；

步骤3，放大器系统内光纤工作物质的泵浦方式为包层泵浦，光纤的镀层为第二包层，第一包层具备太阳光波导的功能，泵浦太阳光被直接耦合至光纤内的第一包层；

步骤4，多波长种籽激光经合束后，耦合进入光纤掺杂Yb³⁺的纤芯。

4.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法，其特征在于，所述步骤1是基于阳光泵浦激光技术，当泵浦太阳光功率密度达到泵浦阈值功率密度时，掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质内粒子从低能级被泵浦跃迁到高能级，实现粒子数反转。

5.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法，其特征在于，所述步骤2是利用光纤合束器将多路不同波长种籽激光耦合进入1掺镱(Yb³⁺)光纤工作物质。

6.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法，其特征在于，所述步骤4是当多波长种籽激光通过处于粒子数反转状态的光纤工作物质时，迫使高能级原子跃迁到低能级，释放的能量产生光辐射，受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向分别与入射种籽光的频率、相位、偏振态和传播方向相同。

7.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法，其特征在于，空间多波长载波光源为连续激光，光纤激光放大器的某一波长种籽激光增益公式可表示如下：

其中，G为放大器增益，P_in为输入泵浦功率，A为种籽激光光斑横截面积，I_S为饱和光强，G₀为小信号增益，

其中，饱和光强I_S定义为：

γ为单光子发射之后反转粒子数的净减少值，h为普朗克常数，v为光波的频率，σ为受激发射截面，τ_c为荧光寿命，激光增益介质掺Yb³⁺光纤对应的γ＝1，则有：

G₀＝exp(g₀L) (3)

在输入能量较低的条件下，即G₀P_in＜＜P_S，可以近似得到：

G≈G₀＝exp(g₀L) (4)

其中，g₀为小信号增益系数，L为光纤激光增益介质的长度，

当系统处于小信号工作状态时，假设W_Pτ_c＜＜1，则有：

g₀＝στ_cn₀W_P (5)

式中，n₀表示基态粒子数密度，σ为受激发射截面，τ_c为荧光寿命，W_P为泵浦速率，则n₀W_P表示单位时间单位体积从基态能级转移到激光上能级的粒子数，则有：

n₀W_P＝η_Qn₀W₀₃ (6)

式中，η_Q为量子效率，W₀₃为从基态能级到激光上能级跃迁几率，

结合阳光泵浦光纤激光放大器系统中各环节能量传递效率，则有：

式中，η_OVP、η_T、η_a、η_u、η_B、P_ab分别表示光谱重叠效率、传输效率、吸收效率、上能级效率、光束交叠率和提取效率，P_ab表示系统接收太阳光功率，v_L表示输出激光波长，h为普朗克常数，v为光波的频率，定义饱和光强I_S，有则小信号增益系数g₀为

将上式带入公式(4)，可以得到阳光泵浦光纤激光放大器的增益G