[实用新型]一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器

说明书

采用本实用新型的激光器，在采用相同光纤激光器时能够实现比现有的915nm、940nm、976nm等常规泵浦方式更高的光光转换效率，具有更小的量子亏损，本实用新型的激光器比现有的1018nm泵浦方式更高的SRS阈值。能够实现比现有的常规泵浦方式更高TMI阈值；通过中心波长优化，同时实现比976nm泵浦方式获得更高的TMI阈值、比915nm、940nm、976nm泵浦方式具有更高的SRS阈值，极大地提升当前泵浦方式下的激光输出功率。

技术领域

本实用新型属于光纤激光领域，特别涉及一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器。

背景技术

光纤激光器作为新一代激光器的代表，具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好以及热管理方便等优点，近年来在工业制造和科学研究等领域取得了飞速的发展和应用。在光转化的过程中，光纤激光器的增益介质(增益光纤)通过吸收泵浦光实现上能级粒子数反转，并通过受激辐射的方式实现信号激光的输出与放大。吸收和发射的光子之间的能量差决定了光纤激光器的量子亏损，这些损耗的能量转化为热量耗散在光纤中。根据不同增益光纤的掺杂离子特性，不同的增益介质对应了不同的吸收曲线和发射曲线，决定了相应的泵浦光波长和发射激光波长。由于镱离子的特殊性能，掺镱光纤在高功率光纤激光器方面存在较大优势，是当今高功率光纤激光器的首选。随着应用领域的扩展，对掺镱光纤激光器输出功率的要求越来越高。然而，在实际的激光器研制过程中，受激拉曼散射(SRS)效应和横向模式不稳定效应(TMI)效应严重的阻碍了激光器功率的提升。在影响光纤激光器SRS和TMI效应的诸多因素中，泵浦波长是其中较为关键的一个。目前，掺镱光纤激光器主要有两种泵浦方式，一种是基于高亮度的光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦方式，一般采用与掺镱光纤吸收截面峰值匹配的中心波长为976nm LD进行泵浦，或者采用吸收截面较为平坦的中心波长为915nm、940nm LD进行泵浦；另一种泵浦方式是采用更高亮度的光纤激光器作为泵浦源，在该方案中，目前主流的用作泵浦源的光纤激光器的波长为1018nm。考虑到掺镱光纤的吸收特性和实际LD的制作工艺，目前尚缺少其他波段100W以上LD的用于掺镱光纤激光泵浦的报道。

在掺镱光纤激光器中，SRS的阈值与增益光纤长度成反比，增益光纤越长， SRS越强，激光器输出功率越低。在光纤激光器研制过程中，在相同光纤参数情况下，由于掺镱光纤对915nm和940nm波段的吸收系数较低(一般的，光纤在915nm附近的吸收系数为976nm附近的1/3左右，在940nm附近的吸收系数为976nm附近的1/4左右)，使得采用915nm和940nm的LD泵浦光纤激光器时，所需要的增益光纤长度要大于976nm LD泵浦情况，导致光纤激光器SRS 阈值较低，影响激光器功率的提升；另一方面，对于采用1018nm光纤激光泵浦的方式，在相同光纤纤芯尺寸下，由于掺镱光纤在1018nm的吸收系数是 915nm/976nm波段LD的吸收系数的1/6或1/18左右，所需要的增益光纤长度比915nm和940nm泵浦时更长，SRS阈值也更低。此外，在掺镱光纤激光器中， TMI效应与增益光纤单位长度内的热量成正比，在采用976nm的LD作为掺镱光纤的泵浦源时，由于增益光纤在976nm处的吸收系数是915nm、940nm波段吸收系数的3倍～4倍左右，使得增益光纤单位长度的热负荷较915nm高，导致采用976nm泵浦光纤激光器的TMI阈值比915nm泵浦光纤激光器的TMI阈值低。因此，在目前的泵浦方案中，1018nm级联泵浦、915nm/940nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到SRS效应的限制；976nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到TMI效应的限制，导致光纤激光器功率进一步提升较为困难。

发明内容

考虑到现有泵浦方案存在问题，本实用新型在掺镱光纤吸收/发射曲线范围内，通过综合考虑了TMI效应、SRS效应的抑制，优选了一种可以平衡TMI 效应和SRS效应的泵浦波长，实现光纤激光器功率和效率的进一步提升。