[发明专利]一种提高SBS阈值的光纤放大器及方法

说明书

本发明涉及光纤及激光技术领域，具体公开了一种提高SBS阈值的光纤放大器及方法，其中，光纤放大器包括中间部位利用飞秒激光刻写周期性三维结构的增益光纤，形成拓扑保护模式，对反向Stokes光在纤芯中的传输造成限制，抑制SBS效应，从而在没有增加其它设备的情况下，阻碍了SBS的建立过程，进而提高了系统的SBS阈值，装置简单、集成度高，对光纤激光器进一步的功率提高有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于光纤及激光技术领域，尤其涉及一种提高SBS阈值的光纤放大器及方法。

背景技术

高功率窄线宽光纤激光器具有光束质量好、电光转换效率高和结构紧凑等显著优点，在科学研究、工业加工和军事国防等领域具有重要的应用价值。但是随着输出功率的提高，激光器中的非线性现象愈加严重，对光纤激光器进一步的功率提高造成了极大限制。

在所有的非线性现象中，受激布里渊散射效应(SBS)具有最低的阈值，是最先出现的非线性效应，成为限制高功率窄线宽光纤激光器功率提高的主要因素。在增益光纤轴向施加温度或者应力，利用布里渊频移的温度/应力依赖关系，可以避免Stokes波在单一频率处持续累积，一定程度上提高SBS阈值，但是温度或应力导致的频移范围较有限，因而SBS阈值提高效果较为受限，且该方案会增加额外的控温系统，导致光源系统重量和体积的增加。相位调制技术是用以实现高功率窄线宽光纤激光输出的一种主流技术手段，能够较大程度地提高SBS阈值，但相位调制装置将会极大地增加系统成本和复杂程度。因此目前光纤激光器抑制SBS的技术方案均是通过复杂繁琐的外部设备，扰乱光纤中非线性效应的建立过程，使得系统的SBS阈值得到提高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种提高SBS阈值的光纤放大器及方法，在不增加其它设备的情况下，提高光纤放大器SBS阈值，该方案能够阻断光纤中反向Stokes光在纤芯中的传输。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

第一方面，提供一种提高SBS阈值的光纤放大器，包括增益光纤，所述增益光纤中间部位利用飞秒激光刻写周期性三维结构，形成拓扑保护模式，纤芯只支持光的单向传输，阻断了反向Stokes光在纤芯中的传输。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，增益光纤中间部位利用飞秒激光刻写周期性三维结构具体为：在增益光纤中设计一个具有狄拉克简并点的结构，利用飞秒激光在轴向对折射率施加周期性螺旋调制，打开能隙，形成拓扑保护模式。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，利用飞秒激光直写工艺在轴向对折射率施加周期性螺旋调制。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，增益光纤为双包层光纤。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，双包层光纤的纤芯直径为15～25μm，内包层直径为380～420μm，光纤长度为8～15m。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述光纤放大器还包括窄线宽种子源，泵浦源，泵浦/信号合束器，输出端帽。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，窄线宽种子源的输出端与泵浦/信号合束器的信号输入端连接；泵浦源的输出端与泵浦/信号合束器的泵浦输入端连接；泵浦/信号合束器的输出端同增益光纤的一端连接；增益光纤的另一端同输出端帽连接。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所有连接均通过光纤熔接机自动完成。

作为本发明实施例技术方案进一步的限定，窄线宽种子源采用光纤振荡器。

第二方面，提供一种提高SBS阈值的方法，在光纤放大器的增益光纤中间部位利用飞秒激光刻写周期性三维结构，形成拓扑保护模式，纤芯只支持光的单向传输，阻断了反向Stokes光在纤芯中的传输，从而提高了SBS阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：