[发明专利]一种基于包层泵浦的大功率拉曼光纤放大器

说明书

本发明属于光纤激光器技术领域，提供了一种基于包层泵浦的大功率拉曼光纤放大器，它包括种子源(1)、高功率光纤激光泵浦源阵列(2)、泵浦信号合束器(3)、拉曼光纤(4)和端帽(5)；种子源(1)为信号光波长的激光源，它与泵浦信号合束器(3)的中心信号臂相连；高功率光纤激光泵浦源阵列(3)的输出臂分别接入泵浦信号合束器(3)的泵浦输入臂；泵浦信号合束器(3)的输出端与拉曼光纤(4)连接，拉曼光纤(4)的另一端与端帽(5)连接，并通过端帽(5)输出拉曼激光，拉曼光纤(4)为双包层无源光纤；泵浦信号合束器(3)的输出光纤和端帽(5)的尾纤均为与拉曼光纤(4)相同的双包层无源光纤。

技术领域

本发明总体地属于光纤激光器技术领域，具体地涉及一种基于包层泵浦的大功率拉曼光纤放大器。

背景技术

大部分激光应用不仅对激光功率和波长，还对亮度有着严格要求。亮度的定义为单位面积、单位立体角内发射的激光功率，代表了光束可被聚焦的能力。一般来说，对于功率相同的激光，亮度越高，光束质量越好，作用效果越好。常用M²因子评价激光光束质量，其理想值为1，在光纤中对应的是基模；数值越大则表明光束质量越差。

包层泵浦拉曼光纤激光器中的光束净化是指通过双包层结构无源光纤中的受激拉曼散射产生激光增益，利用纤芯中的激光器反馈或者种子源，使纤芯中的拉曼增益占优，从而将在包层中传输的低亮度泵浦光转化成纤芯中传输的高亮度信号光输出。包层泵浦拉曼光纤激光器允许采用功率较高但亮度较低的泵浦光，能够同时实现高功率、高光束质量激光输出，光束净化效果良好。

目前，基于包层泵浦的全光纤结构拉曼光纤振荡器实现了7倍的亮度提升，输出功率达到1200W。然而，光纤振荡器需要特殊定制基于双包层光纤的光纤光栅，成本高昂，高功率下的光束净化受温度影响，进一步的亮度提高存在较大困难。另一方面，无需光纤光栅的拉曼光纤放大器具有功率放大的潜力，然而其种子与泵浦的注入基于的是功率合束器，缺乏对种子激光亮度保持的考虑，在经过功率合束器后种子亮度下降严重，导致放大后的激光亮度较低，光束净化效果不明显。

发明内容

本发明的目的是保持拉曼光纤放大器输入的种子亮度，将基于包层泵浦的光束净化效果最大化。其主要特点是在拉曼光纤放大器的输入端，使用泵浦信号合束器将泵浦激光与种子激光进行合束，将种子激光与合束器的中心信号臂连接，并且泵浦信号合束器的输出光纤、端帽尾纤均为与拉曼光纤相同的双包层无源光纤。由于泵浦信号合束器的输出光纤、端帽尾纤均为与拉曼光纤相同的双包层无源光纤，在熔接点不存在模场失配，同样有利于保持输入激光亮度。

本发明的技术方案是，一种基于包层泵浦的大功率拉曼光纤放大器，它包括种子源、高功率光纤激光泵浦源阵列、泵浦信号合束器、拉曼光纤和端帽；所述种子源为信号光波长的激光源，它与泵浦信号合束器的中心信号臂相连；所述高功率光纤激光泵浦源阵列的输出臂分别接入泵浦信号合束器的泵浦输入臂；所述泵浦信号合束器的输出端与拉曼光纤连接，拉曼光纤的另一端与端帽连接，并通过端帽输出拉曼激光，所述拉曼光纤为双包层无源光纤；所述泵浦信号合束器的输出光纤和端帽尾纤均为与拉曼光纤相同的双包层无源光纤。

进一步的，本发明的基于包层泵浦的大功率拉曼光纤放大器包括光纤光栅，所述光纤光栅的一端连接在泵浦信号合束器的输出光纤与拉曼光纤的熔接点上，另一端连接在拉曼光纤与端帽之间的熔接点上，以使光纤光栅和拉曼光纤并联在泵浦信号合束器与端帽之间。

进一步的，本发明的基于包层泵浦的大功率拉曼光纤放大器还包括下一级放大器，所述下一级放大器包括隔离器、第二高功率光纤激光泵浦源阵列、第二泵浦信号合束器和第二拉曼光纤，其中，所述拉曼光纤的输出端与隔离器输入臂相连，隔离器输出臂依次连接第二高功率光纤激光泵浦源阵列、第二泵浦信号合束器、第二拉曼光纤，第二拉曼光纤的输出端与端帽相连接，隔离器的作用是防止下一级放大器的后向回光损伤。