[发明专利]一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器

说明书

本发明公开了一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，该放大器利用顺次连接的低掺杂单模有源光纤、高掺杂多模有源光纤及单模无源光纤结构作为单频脉冲激光放大级，分别实现单频种子源低噪声系数预放大、受激布里渊散射效应抑制和脉冲能量高效提升，以及高光束质量激光输出的功能，从而获得高能量单频脉冲全光纤激光器，克服传统单频光纤激光放大结构受激布里渊散射效应阈值低、及大模场有源光纤导致的信噪比和光束质量劣化的问题。

技术领域

本发明涉及光纤放大器领域，尤其涉及一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器。

背景技术

作为一类高性能激光源，单频脉冲光纤激光器在相干激光雷达、大气遥感等领域具有广泛的应用价值。而激光脉冲能量决定着前述应用的探测距离和精度，单频脉冲光纤激光器的高能量输出对于实现远距离、高精度相干探测具有重要意义。

高能量单频脉冲光纤激光器主要通过主振荡功率放大技术实现，单频脉冲种子源经多级光纤放大结构可实现脉冲能量的提升。但由于单频激光的窄线宽特性，脉冲激光放大过程往往面临着严重的受激布里渊散射(SBS)效应的制约。受限于稀土离子的掺杂浓度，传统单模有源石英光纤需要较长的光纤长度才能提供充足的激光增益，从而导致较低的SBS阈值，限制了单频脉冲激光的能量提升。功率放大级所采用的大模场有源光纤虽然能够在一定程度上缓解SBS效应的制约，但较低的种子源能量导致激光放大过程中信噪比明显降低，且大模场光纤的少模工作特性也会导致激光光束质量的劣化。具有较高稀土离子掺杂能力的多组分玻璃光纤在保证激光增益的同时能够有效降低光纤长度，从而提高SBS阈值及单脉冲能量。但多组分玻璃光纤熔点较低，与传统石英光纤低损耗熔接难度较大，且由其构成的激光系统机械强度仍面临较大挑战。此外，大模场有源光子晶体光纤也被用于单频脉冲光纤激光放大系统，利用其单模工作下较大的模场面积有效提高SBS阈值，可实现毫焦级单频脉冲激光。但光子晶体光纤特殊的结构设计导致其与传统石英光纤兼容性较差，多采用空间光结构搭建光学放大系统，制约了光纤激光的集成性和稳定性。

发明内容

本发明提供了一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，本发明选取顺次连接的低掺杂单模有源光纤、高掺杂多模有源光纤及单模无源光纤结构作为单频脉冲激光放大级，分别实现单频种子源低噪声系数预放大，受激布里渊散射效应抑制、脉冲能量高效提升和信号激光自成像，以及高光束质量激光输出的功能，从而获得高能量单频脉冲全光纤激光器，克服传统单频光纤激光放大结构受激布里渊散射效应阈值低、及大模场有源光纤导致的信噪比和光束质量劣化的问题，详见下文描述：

一种应用于提升单频脉冲激光能量的全光纤放大器，所述全光纤放大器包括：

单频脉冲种子源与隔离器相连，单频脉冲种子源提供低功率或能量的单频脉冲激光，所述隔离器用于防止放大器的反向光对所述单频脉冲种子源的工作稳定性的影响；

所述单频脉冲激光经泵浦和信号合束器的信号端注入级联光纤结构进行放大，泵浦/信号合束器的泵浦端连接多模泵浦源，抽运级联光纤结构内的有源光纤，泵浦/信号合束器用于将多模泵浦源和单频脉冲激光耦合进级联光纤结构，所述级联光纤结构用于对单频脉冲激光进行放大，最终输出高光束质量、高能量的单频脉冲激光；

所述级联光纤结构由一段具有低稀土离子掺杂浓度的单模有源光纤，一段具有高稀土离子掺杂浓度的多模有源光纤，和一段单模无源光纤依次连接构成。

其中，所述单模有源光纤、多模有源光纤、单模无源光纤均为双包层光纤，且内包层尺寸相同。

进一步地，所述单模有源光纤具有较低增益系数，避免种子光较低功率水平引起的ASE导致光谱纯净度降低。

进一步地，所述多模有源光纤的长度满足其输出端为信号光多模干涉的自成像点，保证信号光能量耦合进单模无源光纤的纤芯。

进一步地，所述单模无源光纤在满足滤除剩余泵浦光功能的基础上，缩短长度，避免高能量单频激光在单模无源光纤传输过程中SBS增益的积累。