[实用新型]免制冷大功率拉曼光纤激光系统

说明书

一种免制冷大功率拉曼光纤激光系统，包括种子源、泵浦源阵列、泵浦信号合束器、拉曼增益光纤和光纤端帽，所述种子源与泵浦信号合束器的信号输入臂相连；所述泵浦源阵列中的各泵浦源分别接入泵浦信号合束器的各个泵浦输入臂；泵浦信号合束器的输出端与拉曼增益光纤的一端连接，拉曼增益光纤另一端连接光纤端帽，所述拉曼增益光纤、泵浦信号合束器的输出尾纤以及光纤端帽的输出尾纤均采用无稀土掺杂的金属涂覆层无源光纤。基于本实用新型的技术方案，所搭建的大功率拉曼光纤激光器无需制冷，将大大降低系统体积、重量以及复杂性。

技术领域

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体地涉及一种免制冷大功率拉曼光纤激光系统。

背景技术

受激拉曼散射作为一种重要的非线性效应，因其在波长转换、亮度提升等方面存在巨大的优势而备受关注。与掺稀土离子光纤激光器相比，基于受激拉曼散射的拉曼光纤激光器在波长选择方面更加灵活，且具有增益高、自发辐射噪声低以及热分布均匀等优点，有望成为新一代大功率激光输出的有效技术方案。

目前，大功率拉曼光纤激光系统已实现数千瓦级功率输出。然而，由于激光产生和放大过程中量子亏损、光纤吸收等因素，大功率拉曼光纤激光系统中的拉曼增益光纤本身温度随功率提升而升高。不仅如此，不同于掺镱光纤激光器，大功率拉曼光纤激光系统中合束器以及输出端帽等器件的输出尾纤往往选用和拉曼光纤相同的无源光纤，激光产生和放大过程将延续到这些无源光纤中，同样会导致温度提升。为防止激光系统中的热效应导致的亮度退化、功率滞涨以及光纤烧毁等问题，千瓦以上功率输出的拉曼光纤激光系统中的拉曼增益光纤以及器件输出尾纤等均需要主动制冷。主动制冷需要将光纤放置在通水的金属板或金属桶上，同时需要外置水冷机形成冷却流体回路。因此，主动制冷将会大大增加激光系统的复杂性以及体积和重量，从而影响大功率拉曼光纤激光在诸多对体积、重量、复杂性有较高要求领域的实际应用。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种免制冷大功率拉曼光纤激光系统。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种免制冷大功率拉曼光纤激光系统，包括种子源、泵浦源阵列、泵浦信号合束器、拉曼增益光纤和光纤端帽，所述种子源与泵浦信号合束器的信号输入臂相连；所述泵浦源阵列中的各泵浦源分别接入泵浦信号合束器的各个泵浦输入臂；泵浦信号合束器的输出端与拉曼增益光纤的一端连接，拉曼增益光纤另一端连接光纤端帽，所述拉曼增益光纤、泵浦信号合束器的输出尾纤以及光纤端帽的输出尾纤均采用无稀土掺杂的金属涂覆层无源光纤。

进一步地，所述泵浦信号合束器的输出光纤采用与光纤端帽的输出光纤相同的无稀土掺杂的金属涂覆层光纤。

本实用新型中，所述种子源可以是半导体激光器、掺镱光纤激光器、拉曼光纤激光器。所述种子源其波长范围位于泵浦源阵列对应的一阶拉曼光增益谱内，例如频移13.2THz，对应的是石英拉曼增益光纤的最大拉曼增益系数。

本实用新型中，泵浦源阵列包括多个泵浦源，泵浦源采用半导体激光器或光纤激光器，泵浦源的中心波长在0.9至1.1微米范围内，例如，915-975nm，1018-1080nm。

本实用新型中，泵浦信号合束器为端泵合束器或者侧泵合束器。所述泵浦信号合束器的输出尾纤采用拉曼增益光纤相同的无稀土掺杂的金属涂覆层光纤纤。

本实用新型所述拉曼增益光纤、泵浦信号合束器的输出尾纤以及光纤端帽的输出尾纤所采用的金属涂覆层无源光纤的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。

进一步地，本实用新型所采用的这种纤芯渐变折射率的无稀土掺杂的金属涂覆层无源光纤的纤芯尺寸任意，可以选用普通商用渐变折射率光纤，例如，纤芯直径为50微米、62.5微米或100微米。