[实用新型]一种具有光束净化功能的拉曼光纤放大器

说明书

本实用新型属于光纤激光器技术领域，提供了一种具有光束净化功能的拉曼光纤放大器，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)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；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)相同的渐变折射率光纤，所述相同是指光纤折射率渐变方向、渐变率、纤芯尺寸、折射率值分布均相同。

技术领域

本实用新型总体地属于光纤激光器技术领域，具体地涉及一种基于渐变折射率光纤的光束净化方法。

背景技术

渐变折射率光纤也称平方律光纤，多模纤芯折射率分布呈抛物线形，即纤芯折射率与径向距离成平方律关系，随着径向距离的增大，折射率逐渐减小。由于折射率的抛物线分布，渐变折射率光纤类似于光纤凸透镜，具有自聚焦特点，纤芯中的模式传输不受光纤弯曲影响，具有亮度保持能力。此外，纤芯中基模所在区域的拉曼增益系数高于高阶模，具有更强的拉曼增益提取能力。因此，利用渐变折射率光纤中的受激拉曼散射散射效应，能够产生并放大拉曼增益，将低亮度泵浦光转换为高亮度拉曼激光输出。

光束质量因子M²是用来衡量光纤激光亮度的重要指标参数之一，表示光束能被聚焦的能力。在功率一定的情况下，光束质量因子M²越低，激光的亮度越高，经过相同的聚焦系统，能被聚焦的光斑尺寸越小。将高斯分布的基模激光被聚焦的光斑尺寸最小，将其对应的光束质量因子M²定义为1。含有其他高阶模成分的激光聚焦后的光斑尺寸均大于基模的聚焦光斑尺寸，光束质量因子M²则大于1。

目前，基于渐变折射率光纤的全光纤结构拉曼光纤振荡器和放大器已经分别实现了5.6倍和3.8倍的亮度提升。然而，光纤振荡器需要特殊定制基于渐变折射率光纤的光纤光栅，成本高昂，且承受功率较低，无法应用于高功率拉曼激光的光束净化。拉曼光纤放大器均基于功率合束，种子源在经过功率合束器后亮度下降，即使经过渐变折射率光纤的光束净化，亮度提高倍数仍然较低。

发明内容

本实用新型的目的是保持拉曼光纤放大器的种子亮度，将基于渐变折射率光纤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，在将泵浦激光与种子激光合束时，利用输出光纤为渐变折射率光纤的泵浦信号合束器，通过将种子激光与泵浦信号合束器的中心纤连接，使得种子亮度得到保持；由于泵浦信号合束器的输出光纤与拉曼光纤放大器的拉曼光纤均为相同的渐变折射率光纤，在熔接点不存在模场失配，同样有利于保持输入激光亮度。

本实用新型的技术方案是，一种具有光束净化功能的拉曼光纤放大器，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，所述拉曼光纤为渐变折射率光纤；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渐变折射率光纤，即渐变方向、渐变率、纤芯尺寸、折射率值以及折射率分布均相同。

进一步的，本实用新型具有光束净化功能的拉曼光纤放大器还包括光纤光栅，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。