CN101340053A - 中红外掺铥光纤激光放大器 - Google Patents
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Abstract
一种中红外掺铥光纤激光放大器，该光纤激光放大器由种子光源、光隔离器、聚焦透镜、泵浦光源、多路光纤耦合器、双包层掺铥光纤、准直透镜和分束片构成，其位置关系是：在所述的种子光源的激光输出方向依次是光隔离器、聚焦透镜、多路光纤耦合器、双包层掺铥光纤、准直透镜和分束片，所述的多路光纤耦合器的种子光纤的输入端与位于所述的聚焦透镜的焦点，种子光纤的输出端与所述的双包层掺铥光纤相焊接，该双包层掺铥光纤的另一端位于所述的准直透镜的前焦点，所述的分束片与所述的准直透镜的输出光束呈45°设置。本发明具有较好的散热特性，提高了泵浦功率，可以获得高功率中红外激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光器，特别是一种中红外掺铥激光光纤放大器。
背景技术
光纤激光器于1963年问世后，已发展成为集光纤技术、耦合技术和半导体激光技术于一体的新兴技术，并以其结构紧凑、高效率、小体积、长寿命、使用简便免维护等优点成为近些年来的研究热点。高功率2微米波段激光器在工业、生物医学和军事上都有着重要的应用，目前比较有效实现该波段激光的方法有：1、全固态泵浦的单掺固体激光器(HO:YAG，Tm:YAG，Tm:YAP等)；2、全固态泵浦的双掺固体激光器(Ho:Tm:YAG，Ho:Tm:LuLiF，Er:Tm:YAG，Tm:Ho:YLF等)；3、一微米波段激光通过OPO技术得到；4、全固态泵浦的掺铥或掺钬光纤激光器；上述前三种方法或由于固体激光晶体的热效应或者泵浦吸收带过窄等问题，导致斜率效率不高；有些无法实现可调谐激光输出；有的泵浦源需要1.9微米波段；OPO效率不高等不足。全固态泵浦的掺铥光纤激光器由于采用光纤介质，且具有交叉弛豫特性，容易获得高斜效率的激光输出；输出激光为宽带可调谐；泵浦源为成熟的790nm波段二极管；但需要通过选频或二级泵浦技术，这个通常导致效率低下的问题。目前获得高功率中红外掺铥光纤激光输出在于如何降低掺铥光纤的热问题以及如何把更多的泵浦功率输送到掺铥光纤中去。掺铥光纤的热问题主要集中在光纤输入端面处，常用的方法是对光纤输入端面部分采用传导或直接水冷却，但由于光纤端面通常仅为几百微米芯径数十厘米长，很难兼顾到冷却和泵浦；为此我们提出一种新型高功率中红外掺铥光纤放大器，利用掺铥光纤激光器的优点，同时通过外腔种子注入的方式来获得中红外激光的时空特性，避免选频和二级泵浦产生的使用功率减少问题；采用多路耦合器方式提高泵浦到光纤的功率并兼顾到解决了冷却问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种中红外掺铥光纤激光放大器，该光纤激光放大器应具有较好的散热特性，提高泵浦功率，以获得高功率中红外激光输出。
本发明所采用的技术方案是：
一种中红外掺铥光纤激光放大器，采用外腔种子注入的方式，N个激光二极管(LD)做泵浦源，采用N+1多路耦合器把泵浦光引入来泵浦双包层掺铥光纤，该双包层掺铥光纤做放大介质。
本发明的具体结构：
一种中红外掺铥光纤激光放大器，该光纤激光放大器由种子光源、光隔离器、聚焦透镜、泵浦光源、多路光纤耦合器、双包层掺铥光纤、准直透镜和分束片构成，其位置关系是：在所述的种子光源的激光输出方向依次是光隔离器、聚焦透镜、多路光纤耦合器、双包层掺铥光纤、准直透镜和分束片，所述的多路光纤耦合器，写为N+1光纤耦合器，由N根泵浦光纤通过耦合器和一根种子光纤组合而成，所述的泵浦光源分别与所述的多根泵浦光纤连接，所述的种子光纤的输入端与位于所述的聚焦透镜的焦点，该种子光纤的输出端与所述的双包层掺铥光纤相焊接，该双包层掺铥光纤的另一端位于所述的准直透镜的前焦点，所述的分束片是镀有对泵浦光45°全反和对种子光波长增透的介质膜，该分束片与所述的准直透镜的输出光束呈45°设置。
所述的种子光纤的输入端面镀有对种子光的增透膜。
所述的泵浦光源为793nm激光二级管，或者1568nm的掺Er光纤激光器。
所述的种子光源为2微米波段小型连续固体激光器、或2微米波段小型脉冲固体激光器、或增益调制的掺铥光纤激光器。
本发明与传统技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、与通常的固体激光器相比，光纤放大器具有优异的散热特性；
2、采用多端N+1泵浦放大结构，以减轻单根光纤纤芯所承受的热功率密度，并能有效地增加泵浦到作为放大介质的掺铥光纤中的功率；
3、采用种子注入方式，控制放大器的时间特性、空间特性和方向性，解决了高功率中红外激光光栅选频的效率低下和损伤问题，同时作为3-12微米激光器的泵浦源时，避免需二级泵浦来获得脉冲光等问题；
4、采用泵浦光纤与掺铥光纤直接焊接的泵浦耦合方式，可避免直接泵浦到掺铥光纤端面时产生的高热难以冷却的问题；
附图说明
图1为本发明高功率中红外掺铥光纤放大器的结构示意图；
图2是8+1路光纤耦合器结构示意图；
图中：1-种子源；2-隔离器；3-聚焦透镜；4-泵浦光源；5-8+1路光纤耦合器；6-双包层掺铥光纤；7-准直透镜；8-分束片；9-泵浦光纤；10-泵浦光纤；11-泵浦光纤；12-泵浦光纤；13-耦合器；14-种子光纤；15-泵浦光纤；16-泵浦光纤；17-泵浦光纤；18-泵浦光纤。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1和图2，图1为本发明高功率中红外掺铥光纤放大器的结构示意图，是本发明的一个具体实施例的结构示意图。图2是8+1路光纤耦合器结构示意图。由图可见，本发明中红外掺铥光纤激光放大器，由种子光源1、光隔离器2、聚焦透镜3、泵浦光源4、多路光纤耦合器5、双包层掺铥光纤6、准直透镜7和分束片8构成，其位置关系是：在所述的种子光源1的激光输出方向依次是光隔离器2、聚焦透镜3、多路光纤耦合器5、双包层掺铥光纤6、准直透镜7和分束片8，所述的多路光纤耦合器5由多根泵浦光纤9、10、1、12、15、16、17、18通过耦合器13和一根种子光纤14组合构成，所述的泵浦光源4是由多个激光二极管组成，分别与所述的多根泵浦光纤9、10、1、12、15、16、17、18连接，所述的种子光纤14的输入端与位于所述的聚焦透镜3的焦点，该种子光纤14的输出端与所述的双包层掺铥光纤6相焊接，该双包层掺铥光纤6的另一端位于所述的准直透镜7的前焦点，所述的分束片8是镀有对泵浦光45度全反和对种子光波长增透的介质膜，该分束片8与所述的准直透镜7的输出光束呈45°设置。所述的种子光纤14的输入端面镀有对种子光的增透膜。所述的泵浦光源为793nm激光二级管，或者1568nm的掺Er光纤激光器。
所述的种子光源1为2微米波段小型连续固体激光器、或2微米波段小型脉冲固体激光器、或增益调制的掺铥光纤激光器。
如图2所示的为8+1路光纤耦合器5，可以输入8路泵浦光到光纤中，与通过种子光纤14的种子光经耦合器13耦合后从种子光纤14的B端输出，B端与双包层掺铥光纤6的一端相焊接；6为双包层掺铥光纤；7为准直透镜；8为分束片，镀有对泵浦光45度全反和2微米增透的介质膜。
其中工作过程为种子光1和多路泵浦光4经过多路光纤耦合器5对双包层掺铥光纤6进行泵浦和种子光注入；其中通过种子注入来控制放大器的时间特性、空间特性和方向性；由于多路光纤耦合器5的特殊结构，能有效降低光纤端面单位面积承受的泵浦功率密度，降低热效应的影响，接受更多的泵浦光；双包层掺铥光纤14的B端与双包层掺铥光纤6的一端相焊接，这样可以对双包层掺铥光纤6进行整体冷却，有效解决掺铥光纤输入端面难以很好冷却的问题，可以解决介质光纤的热问题。双包层掺铥光纤6作为放大增益介质并传输激光。产生的中红外激光经准直透镜7准直输出后由分束片8分光后作为高功率3-12微米激光器的泵浦源或直接应用于生物医学、遥感技术、光通讯、雷达上。
不同的泵浦功率可以得到不同功率的激光输出、选择不同的种子源可以得到不同的输出光谱，连续或脉冲的中红外激光。若采用光纤种子源，还可以实现全光纤化中红外掺铥光纤放大器。总之，本发明激光器具有较好的散热特性，提高了泵浦功率，可以获得高功率中红外激光输出。
Claims (4)
1、一种中红外掺铥光纤激光放大器，其特征在于由种子光源(1)、光隔离器(2)、聚焦透镜(3)、泵浦光源(4)、多路光纤耦合器(5)、双包层掺铥光纤(6)、准直透镜(7)和分束片(8)构成，其位置关系是：在所述的种子光源(1)的激光输出方向依次是光隔离器(2)、聚焦透镜(3)、多路光纤耦合器(5)、双包层掺铥光纤(6)、准直透镜(7)和分束片(8)，所述的多路光纤耦合器(5)由多根泵浦光纤(9、10、1、12、15、16、17、18)通过耦合器(13)和一根种子光纤(14)组合构成，所述的泵浦光源(4)分别与所述的多根泵浦光纤(9、10、1、12、15、16、17、18)连接，所述的种子光纤(14)的输入端与位于所述的聚焦透镜(3)的焦点，该种子光纤(14)的输出端与所述的双包层掺铥光纤(6)相焊接，该双包层掺铥光纤(6)的另一端位于所述的准直透镜(7)的前焦点，所述的分束片(8)是镀有对泵浦光45度全反和对种子光波长增透的介质膜，该分束片(8)与所述的准直透镜(7)的输出光束呈45°设置。
2、根据权利要求1所述的中红外掺铥光纤激光放大器，其特征在于所述的种子光纤(14)的输入端面镀有对种子光的增透膜。
3、根据权利要求1所述的中红外掺铥光纤激光放大器，其特征在于所述的泵浦光源为793nm激光二级管，或者1568nm的掺Er光纤激光器。
4、根据权利要求1所述的中红外掺铥光纤激光放大器，其特征在于所述的种子光源(1)为2微米波段小型连续固体激光器、或2微米波段小型脉冲固体激光器、或增益调制的掺铥光纤激光器。
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