[发明专利]基于模式控制和非均匀增益超大模场掺铥光纤放大器装置

说明书

基于模式控制和非均匀增益超大模场掺铥光纤放大器装置，采用非均匀泵浦的方式，第二、第三、第四、第五、第六、第七多模尾纤输出激光二极管为放大器提供充足的泵浦光功率，第二光纤合束器将第二、第三、第四、第五、第六、第七多模尾纤输出激光二极管输出的泵浦光和全光纤振荡器输出的信号光进行耦合；前段高掺杂大模场掺铥光纤为后段高掺杂大模场掺铥光纤提供足够的信号光，后段高掺杂大模场掺铥光纤保证充足的泵浦吸收和产生高功率；第二包层光滤除器滤除包层中的泵浦光，获得纯净的信号光；带光纤尾纤的端帽降低光纤端面的输出激光功率密度。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于模式控制和非均匀增益超大模场掺铥光纤放大器装置。

背景技术

在稀土离子掺杂激光器中，铥离子可以产生2μm附近的激光输出。2μm激光处于人眼安全波段，在大气传输、烟雾穿透等方面性能卓越，已广泛应用于大气光通信、遥感及激光雷达探测等领域；同时，它又可以被水分子、CO₂分子和N₂O分子等多种分子吸收，应用于地球（行星）地表水汽分布测量，红外光谱分析、环境检测，激光显微外科手术以及特种材料加工等不同领域。

为了满足这些军事、医学及工业领域的需求，设计并研发高性能2μm光纤激光器是最关键一步。在2μm光纤激光器中，受重吸收效应影响，需要很高的种子光功率，才能有效抑制放大自发辐射。而放大自发辐射功率是影响输出功率提升的主要因素。在MOPA结构下，放大自发辐射伴随着整个放大过程，且多级放大结构会逐级放大自发辐射，从而限制功率的提升，降低系统的信噪比，甚至诱发寄生振荡，烧毁放大器。此外，大模场光纤会引起模式增加，光束质量劣化。因此，有必要采取一定措施抑制放大自发辐射和改善光束质量。如何提高输出功率、信噪比、光束质量，抑制放大自发辐射是亟需解决的问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于模式控制和非均匀增益超大模场掺铥光纤放大器装置，其结构紧凑，简化了光路结构，未引入新的器件，极大增强了激光器稳定性、实用性，在提高输出功率、光束质量和信噪比的同时不增加系统整体重量，进一步减轻了激光器的体积，可长期稳定有效应用在各个领域。

本发明的技术方案是：这种基于模式控制和非均匀增益超大模场掺铥光纤放大器装置，其包括：全光纤振荡器（10）、掺铥光纤放大器（20）；

全光纤振荡器包括：第一多模尾纤输出激光二极管（11）、高反光纤布拉格光栅（12）、第一光纤合束器（13）、高掺杂单模掺铥光纤（14）、部分反射光纤布拉格光栅（15）、第一包层光滤除器（16）、第一光纤隔离器（17）；第一光纤合束器将第一多模尾纤输出激光二极管输出的泵浦光耦合进谐振腔，高反光纤布拉格光栅和部分反射光纤布拉格光栅作为谐振腔的两个腔镜，高掺杂单模掺铥光纤作为增益介质，吸收第一多模尾纤输出激光二极管输出的泵浦光，产生信号光；谐振腔产生的激光经过第一包层光滤除器获得纯净信号光，通过第一光纤隔离器保护全光纤振荡器来防止反馈光产生影响；

掺铥光纤放大器包括：第二多模尾纤输出激光二极管（201）、第三多模尾纤输出激光二极管（202）、第四多模尾纤输出激光二极管（203）、第五多模尾纤输出激光二极管（204）、第六多模尾纤输出激光二极管（205）、第七多模尾纤输出激光二极管（206）、第二光纤合束器（207）、增益系数渐变的高掺杂大模场掺铥光纤、第二包层光滤除器（211）、带光纤尾纤的端帽（212）；第二、第三、第四、第五、第六、第七多模尾纤输出激光二极管为放大器提供充足的泵浦光功率，第二光纤合束器将第二、第三、第四、第五、第六、第七多模尾纤输出激光二极管输出的泵浦光和全光纤振荡器输出的信号光进行耦合；前段高掺杂大模场掺铥光纤为后段高掺杂大模场掺铥光纤提供足够的信号光，后段高掺杂大模场掺铥光纤保证充足的泵浦吸收和产生高功率；第二包层光滤除器滤除包层中的泵浦光，获得纯净的信号光；带光纤尾纤的端帽降低光纤端面的输出激光功率密度。