[发明专利]光纤激光器

说明书

本发明提供了一种光纤激光器，涉及激光器技术领域，为解决现有光纤激光器体积较大的问题而设计。光纤激光器包括种子源、预放大泵浦源和多级预防大系统，所述多级预放大系统包括串联设置的多个预放大单元，所述预放大泵浦源与预放大泵浦分束器连接，所述预放大泵浦分束器的各个出口端分别与一个所述预放大单元的入口端连接。本发明提供的光纤激光器可以明显减少与多个预放大单元匹配的泵浦源的总体积，节约了机器空间。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种光纤激光器。

背景技术

光纤激光器中脉冲激光器主要分调Q光纤激光器和MOPA(Master OscillatorPower-Amplifier，主控振荡器的功率放大器)光纤激光器。调Q激光器受限于频率、脉宽，在应用范围及效果上都不及MOPA型光纤激光器。MOPA激光器指主控振荡器的功率放大器，选择一定重复频率和脉冲宽度的种子光源作为主振荡器，通过功率放大后就能获得所需的高能量脉冲激光输出。因而采用主振荡功率放大技术来实现高脉冲能量、高平均输出功率成为一种理想选择。

但是振荡器的功率通常较低，特别是对于脉冲激光器，功率提升主要依靠单级甚至多级功率放大器。设计放大器时主要考虑的因素包括，输出平均功率、单级增益、信噪比以及非线性效应等。按照输出功率从小到大，放大器有时也分为预放大器、助推放大器和主功率放大器；单级脉冲放大器的净增益一般在10dB到30dB之间，一般功率越低的放大器，净增益越高；脉冲激光器的信噪比决定了有用的激光能量的占比，往往跟放大器的构型和功率有关，有时还需要采用时域(AOM，Acousto-optical Modulators，声光调制器)和光谱(BPF，Band Pass Filter，带通滤波器)滤波手段来提高信噪比；当脉冲峰值功率高到一定程度时，非线性效应会带来额外的损伤风险，也会降低有用信号激光的比例，需要通过多种手段加以抑制。

当前设计方案上，基于成本及空间的考量，一般只设计两级放大(一级预放，一级主放)，最多三级(两级预放加一级主放)，需要设计比较长的增益光纤长度。ASE(Amplifiedspontaneous emission，放大的自发辐射)抑制的方式包括使用滤波器进行ASE抑制，提高信噪比；或者采用调制泵浦放大，在时域上抑制ASE。常规采用的放大的泵浦方式为正向泵浦跟反向泵浦两种。

当前技术采用小信号激光放大，缩减预放大级数的方式，若放大功率不够，主放大光纤有烧断的风险。为尽量提高净增益，一般采用加长增益光纤的方法，但随之会带来非线性阈值的降低。受激布里渊阈值满足：其中L_eff为光纤有效长度，长度越长，布里渊散射阈值越低，其作用的结果会产生纳秒级的弛豫振荡，高峰值及高平均功率能够对光纤材料起到破坏作用。同时在亚纳秒、皮秒量级下的脉冲放大中，能够轻易观察到受激拉曼效应，光谱中观察到信号光频移到另一个波长，造成信号光能量损失，也是噪声的主要来源。所以矛盾在于需要尽量缩短增益光纤长度，又要保证放大的净增益。

光纤放大中自发辐射也是噪声主要来源之一，现有技术上，主要使用隔离滤波，进行抑制，或者采用调制泵浦，泵浦调制频率与信号激光脉冲频率进行同步，在脉冲周期内关断部分时间，在时域上解决自发辐射噪声问题。单纯的隔离滤波，面临能量浪费，放大的净增益不高问题。泵浦调制，需要采集同步信号及快速反应的驱动电路，设计比较复杂，增加成本，并占用部分设计空间。

另一方面，目前方案上很多都是每一个放大级需要一个预放大泵浦源、一路驱动电路、一路温控。在多级放大的情况下，则需要多个预放大泵浦源、多路驱动电路、多路温控，不利于设计的集成小型化。

在泵浦方式上，最佳的方案为正反向泵浦，能够达到最大的光-光转换效率。常规的正向泵浦，在放大前段，信号光弱，无法转换太多能量，泵浦光吸收大，大部分以自发辐射及热量耗散掉，在放大的后段泵浦光变弱，无法支撑大的增益，所以效率不高。然而增加反向泵浦需加入反向器件，增加了输出端光纤长度，降低了非线性阈值，且面临反向隔离度不高，易造成泵浦元件被打坏的情况。

发明内容