[实用新型]一种混合泵浦锥形增益光纤激光放大器

说明书

本实用新型提出一种混合泵浦锥形增益光纤激光放大器，包括种子激光器、锥形增益光纤、多个短波长光纤激光器、前向泵浦信号合束器、多个光纤耦合半导体激光器、后向泵浦信号合束器、多段传能光纤(8)、包层光滤除器和光纤端帽；所述种子激光器输出的激光依次经过第一段传能光纤、前向泵浦信号合束器和第二段传能光纤注入到锥形增益光纤的一端，锥形增益光纤的另一端通过第三段传能光纤连接到后向泵浦信号合束器的输出端，后向泵浦信号合束器的输入端通过第四段传能光纤与包层光滤除器的一端连接，包层光滤除器的另一端与光纤端帽连接；由光纤端帽将锥形增益光纤放大后的种子激光扩束输出。

技术领域

本实用新型属光纤激光器技术领域，涉及一种混合泵浦锥形增益光纤激光放大器。

背景技术

在掺镱光纤激光器功率的提升过程中，泵浦注入功率、非线性效应和模式不稳定效应成为主要的限制因素。在一般的激光器设计中，对泵浦功率提升、非线性效应抑制、模式不稳定抑制各个因素难以有效权衡，导致实际功率提升能力有限，或者功率提升时难以保持光束质量。比如，采用短波长光纤激光泵浦长波长光纤激光的级联泵浦技术，可以极大提高泵浦注入功率，但是由于掺镱光纤对短波长光纤激光吸收系数较小，需要较长的增益光纤才能将泵浦激光有效地吸收，光纤长度的增加会导致非线性效应阈值的降低。为了抑制非线性效应，一般采用大模场增益光纤，通过增大纤芯面积降低纤芯功率密度来提高非线性阈值，但是由于大模场增益光纤支撑模式较多，使得模式不稳定的阈值降低。为了提高模式不稳定阈值，需要采用支持模式较少，纤芯直径较小的增益光纤，这就又导致非线性效应阈值降低。采用双向泵浦方式可以有效提高光纤激光器的模式不稳定阈值和非线性效应阈值，但是若需要采用级联泵浦方式进一步提升泵浦功率，放大器正向传输的激光会注入反向泵浦的短波长光纤激光器中，导致短波长光纤激光器产生自激，严重时损坏短波长激光器。因此，级联泵浦方案能够一定程度提高泵浦注入功率，但是在非线性效应抑制、双向泵浦方面受到一定限制，功率提升能力受限；光纤耦合半导体激光器直接泵浦方式，由于泵浦导致的热效应严重，模式不稳定阈值较低，功率进一步提升能力也有限。

发明内容

1.为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种混合泵浦锥形增益光纤激光放大器，包括种子激光器(1)、锥形增益光纤(2)、多个短波长光纤激光器(3)、前向泵浦信号合束器(5)、多个光纤耦合半导体激光器(4)、后向泵浦信号合束器(6)、多段传能光纤(8)、包层光滤除器(9)和光纤端帽(10)；

所述种子激光器(1)输出的激光依次经过第一段传能光纤(8-1)、前向泵浦信号合束器(5)和第二段传能光纤(8-2)注入到锥形增益光纤(2)的一端，锥形增益光纤(2)的另一端耦合到第三段传能光纤(8-3)一端，第三段传能光纤(8-3)的另一端耦合到后向泵浦信号合束器(6)输出端，后向泵浦信号合束器(6)输入端连接第四段传能光纤(8-4)一端，第四段传能光纤(8-4)的另一端连接包层光滤除器(9)的一端，包层光滤除器(9)的另一端与光纤端帽(10)耦合；由光纤端帽(10)将锥形增益光纤(2)放大后的种子激光扩束输出。

进一步的，所述短波长光纤激光器的输出激光经过第一泵浦传能光纤(7-1)和前向泵浦信号合束器(5)注入锥形增益光纤(2)，提供前向泵浦能量；

所述光纤耦合半导体激光器(4)的激光输出经过第二泵浦传能光纤(7-2)和后向泵浦信号合束器(6)注入锥形增益光纤(2)，提供后向泵浦能量。

进一步的，所述短波长激光器(3)输出波长与光纤耦合半导体激光器(4)输出波长不同。

进一步的，所述的种子激光器采用单模或者多模光纤激光器，工作波长在1000～1500nm，输出光纤纤芯直径在6～50μm、输出光纤数值孔径在0.06～0.22。

进一步的，所述锥形增益光纤(2)为纤芯掺稀土粒子的增益光纤；所述锥形增益光纤(2)的纤芯直径沿光纤长度方向由小变大，输入端纤芯直径在6～100μm，输出端纤芯直径在10～200μm；所述锥形增益光纤(2)的包层直径大于纤芯直径，包层直径随光纤长度渐变增加或包层直径保持不变。