CN102201642A - 一种保护光学装置的泵浦源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保护光学装置的泵浦源的方法，所述光学装置包括泵浦及光纤，在泵浦源输出端加光纤滤波器，所述滤波器的光谱特性与所述光学装置的信号光的光谱特性相符，所述光纤滤波器反射信号光以保护泵浦源不受信号光损坏。本发明在普通双包层光纤激光器或者放大器等光学装置中的泵浦源输出端加一个光纤滤波器有效滤除信号光，防止信号光进入泵浦源，从而提高光学装置的使用寿命，有效保护泵浦源不受光信号损坏。

Description

一种保护光学装置的泵浦源的方法

技术领域

本发明涉及一种保护光学装置的泵浦源的方法，尤其涉及一种保护激光器或放大器的泵浦源的方法。

背景技术

近年来随着工业的飞速发展，激光器和放大器等光学装置由于光束质量好，转换效率高等优点受到国内、外专家的青睐，成为激光行业的最热门研究热点之一。

在全光纤化放大器中，光纤输出的泵浦光，通过合波器耦合到增益光纤，被增益光纤中稀土离子吸收，转换成信号光，实现光放大，如果光路中有反馈作用的腔镜，例如光纤布拉格光栅等，则构成光纤激光器。在高功率光纤激光器和放大器中，增益光纤一般为掺杂稀土离子的双包层光纤，包层泵浦方法提高了泵浦光的耦合效率，得到普遍应用。

包层泵浦光纤激光器，主要包括：稀土掺杂光纤－这种光纤由纤芯，内、外包层，以及起保护作用的涂覆层组成。纤芯折射率最高，包层从内向外折射率逐渐降低，满足全内反射波导特性；一个或者多个LD作为泵浦源；合波器可以把多束光耦合成一束；泵浦方式可以是前向泵浦，后向泵浦或者前后双向泵浦。

图1为传统光纤激光器，一般由图中几部分组成：泵浦源101为带尾纤输出的激光二极管；增益光纤103为纤芯中掺杂稀土离子的多包层光纤；腔镜104，105一般使用光纤布拉格光栅，其中腔镜104是全反射镜，在信号光波长反射率接近100％，腔镜105是部分反射镜，信号反射率高于0，小于1，一般选择在5%－95％，也有些直接用光纤输出端面4％的菲涅尔反射直接做输出镜105。脉冲光纤激光器中，还包括调Q器件等。

图2为传统的光纤放大器，一般由图中几部分组成：泵浦源201为带尾纤输出的激光二极管；增益光纤203为纤芯中掺杂稀土离子的多包层光纤；合波器202用于将泵浦源201输出的泵浦光与种子源206输出的信号光耦合到增益光纤203；隔离器204、205用来防止信号光反射进入种子源206损坏种子源206。

包层泵浦光纤激光器和放大器中，信号光在光纤纤芯内传输，泵浦光通过合波器被耦合到增益光纤内包层，泵浦光在内包层传输过程中，反复穿过光纤纤芯，被稀土离子吸收，转换成信号光，达到光放大目的。如果在增益光纤两端***对信号光有反射作用的镜片或者光纤布拉格光栅，则形成光纤激光器。信号在纤芯内传输中，受光纤熔点或者光纤弯曲，甚至光纤本身缺陷的影响，会有一小部分信号光透过纤芯，进入光纤内包层，成为闲散光。

这部分闲散光在光纤包层中传输，会经过合波器进入泵浦源，如果功率过高，会干扰甚至击坏泵浦源。为了防止泵浦源被这部分信号光击坏，有人提出用多包层光纤代替传统的双包层光纤，这样从纤芯中漏出的信号光会在光纤的内包层传输，由于内包层与紧邻的包层还可以形成波导机构，因此这部分光会继续在光纤内包层传输，而不会被耦合到合波器的泵浦源输入端，从而保护泵浦源免受激光损坏，改善激光器和放大器性能。

研制光纤激光器和放大器等光学装置，提高泵浦源使用寿命是提高其性能和使用寿命的关键技术之一。目前主要有两种方法使用于光纤激光器和放大器中保护泵浦源。一种方法是泵浦源激光器输出端面镀膜，这种膜对泵浦光高透，对信号光高反，这增加了泵浦源激光器制造工艺的复杂性以及成本；另外一种方法是使用多包层光纤，即使有信号光从光纤纤芯泄漏，也会限制在离纤芯最近的内包层传输，最终从激光器或者放大器输出，而不会进入泵浦源，这增加光纤制造工艺复杂性和成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种保护光学装置的泵浦源的方法。

一种保护光学装置的泵浦源的方法，所述光学装置包括泵浦源及光纤，在泵浦源输出端加光纤滤波器，所述光纤滤波器的光谱特性与所述激光器或放大器的信号光的光谱特性相符，所述光纤滤波器反射信号光保护泵浦源不受信号光损坏。

相较于现有技术，本发明的在普通双包层光纤激光器或者放大器中，泵浦源输出端加一个光纤滤波器有效滤除信号光，防止信号光进入泵浦源。光纤滤波器可以是光纤布拉格光栅，啁啾光纤布拉格光栅，也可以是长周期光纤光栅，还可以是其它具有同样作用的光纤滤波器。如果此方法与多包层光纤同时使用，可更大程度地保护泵浦源，从而提高激光器和放大器等光学装置的使用寿命，有效保护泵浦源不受激光信号损坏。

附图说明

图1为传统的光纤激光器结构图。

图2为传统的光纤放大器结构图。

图3为光纤波导导光示意图。

图4为本发明中滤波器的工作原理图。

图5 为掺镱光纤激光器的光谱图。

图6为使用的光纤布拉格光栅滤波器反射谱。

图7为使用的长周期光纤光栅滤波器透射谱。

图8为本发明提出的方案用于光纤激光器实例。

图9为本发明提出的方案用于光纤放大器实例。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

请参阅图1及图2，本发明提供了一种保护光学装置的泵浦源的方法。光学装置包括泵浦源及光纤，在本发明中，光学装置可是激光器、放大器或其他设有泵浦源及光纤的装置仪器。

本发明提出在光纤激光器或者放大器中，在泵浦源输出端加光纤滤波器，此滤波器对泵浦波长的光透射率高，对信号波长的光反射率或者损耗高，这样如果有信号光到达滤波器，会被滤波器反射回光路，或者在滤波器处耦合进光纤包层模损耗掉，都无法进入泵浦源，从而有效保护泵浦源不受信号光损坏。使用的滤波器可以是光纤布拉格光栅、啁啾光纤布拉格光栅，也可以是长周期光纤光栅，也可以是其它具有同样作用的光纤滤波器。

信号光在光纤纤芯内的传输如图3。光纤的纤芯303的折射率高于包层302折射率，产生波导结构，信号光301进入光纤纤芯303，在纤芯303与包层302的分界面304处满足全反射条件，被限制在纤芯303内传输。

本发明在光路中增加滤波器，如图4，当信号光401在光纤406的纤芯内传输，经过滤波器407时，如果用光纤布拉格光栅，则信号光401被滤波器407反射形成反射光402，反射光402在纤芯内传输，经过光纤406，返回激光器纤芯内。如果用长周期光栅滤波器，则信号光401被耦合到光纤的包层模403损耗掉，不会进入泵浦源408，从而有效保护了泵浦源。

滤波器的光谱特性要与激光器或者放大器的信号光相符，例如，如果使用光纤布拉格光栅，要求光栅的反射谱中心波长与激光器信号的中心波长一致，光栅的反射谱宽度覆盖信号光谱最好，反射率越高，滤波效果越好。对于掺镱激光器或者放大器，信号光波长接近1064nm，泵浦光波长一般用915nm，940nm，960nm或者976nm的激光二级管，对于掺铒光纤激光器或者放大器，信号光波长在1550nm，泵浦光波长在980nm波段。

请参见图5至图7，对于掺镱激光器，激光器中心波长在1061.6nm，光谱宽度约6nm。所以为了达到滤波效果，在一较佳实施例中，滤波器所使用的光纤布拉格光栅反射光谱中心波长为1061.6nm，波长范围应覆盖1060nm～1063nm，反射谱覆盖1060nm～1066nm较佳，反射率大于90%，大于99%较佳。在另一较佳实施例中，使用长周期光纤光栅做滤波器，则长周期光纤光栅的透射谱中心波长在1061.6nm，波长范围覆盖1060nm～1063nm，透射谱宽度覆盖1060nm～1066nm，信号光透射率小于10%，在较佳实施例中，信号光的透射谱小于1%。

本发明可适用于光纤激光器或者放大器，可以是工作在1064nm的掺镱光纤激光器放大器，也可以是工作在1550nm波段的掺铒光纤激光器放大器，还可以是其它稀土掺杂光纤激光器放大器。光纤放大器主要包括：稀土掺杂光纤－掺稀土离子纤芯，内外两个或多个包层，还有最外面的涂覆层。光纤纤芯折射率最高，多个包层中内包层折射率最高，但低于纤芯，从内向外逐渐降低，构成波导结构；一个或者多个泵浦源；合波器用以耦合信号光与泵浦光，并将泵浦光耦合到增益光纤；光纤激光器除包括上述器件，还包括构成谐振腔的反射镜，一般为光纤布拉格光栅。

在图8的光纤激光器中，泵浦光801通过合波器802耦合到增益光纤803中被吸收，在光路的两端高反射镜804和部分反射镜805构成的腔镜反射，形成激光振荡，当产生的激光信号遇到光纤熔点，或者光纤受弯使得一部分信号光从光纤的纤芯进入包层时，会经过合波器802的泵浦输入光纤进入泵浦源801，但如果在泵浦源前端加上滤波器806，这部分信号光就会被滤波器806反射或损耗掉，而不进入泵浦源801。

图9所示光纤放大器中，泵浦光901通过合波器902耦合到增益光纤903中被纤芯内的稀土离子吸收激发到上能级，当种子源909的信号光进入增益光纤903时，上能级离子受激发射，放大信号光，其中一部分信号光可能穿过光纤的纤芯进入包层，经过合波器902的泵浦光纤进入泵浦源901，本发明在泵浦源901前端加入滤波器906，对信号光反射或者损耗掉，有效保护了泵浦源901。

本发明由于所使用的滤波器主要是光纤光栅，光纤光栅制造工艺简单，易加工，成本低，且为光纤化器件，与光路熔接损耗小，便于集成。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种保护光学装置的泵浦源的方法，所述光学装置包括泵浦源及光纤，其特征在于：在泵浦源输出端加光纤滤波器，所述光纤滤波器的光谱特性与所述光学装置的信号光的光谱特性一致，所述光纤滤波器反射信号光以保护泵浦源不受信号光损坏。

2.根据权利要求1所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述光学装置的光纤包括掺稀土离子纤芯、内外两个或两个以上的包层及最外面的涂覆层，所述光纤纤芯折射率最高，多个包层中内包层折射率最高，但低于纤芯，且多个包层的折射率从内层至外层逐渐降低。

3.根据权利要求1或2所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述光纤滤波器采用光纤布拉格光栅。

4.根据权利要求3所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述光学装置的光信号的中心波长为1061.6nm，光谱宽度约为6nm，所述光纤布拉格光栅的反射谱中心波长与所述光学装置的光信号的中心波长一致，所述光纤滤波器的波长范围覆盖1060nm至1063nm，所述光纤滤波器的反射谱覆盖1060nm～1066nm，所述光纤滤波器的反射率大于90%。

5.根据权利要求4所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述光纤滤波器的信号光的反射率大于99%。

6.根据权利要求1或2所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述光纤滤波器采用长周期光纤光栅。

7.根据权利要求6所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述激光器或放大器的中心波长为1061.6nm，光谱宽度约为6nm，所述长周期光纤光栅的透射谱中心波长与所述光学装置的光信号的中心波长一致，所述光纤滤波器的波长范围覆盖1060nm至1063nm，所述光纤滤波器的透射谱覆盖1060nm～1066nm，所述光纤滤波器的信号光的透射率小于10%。

8.根据权利要求7所述保护光学装置的泵浦源的方法，其特征在于：所述光纤滤波器的信号光的透射谱小于1%。

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