CN103855596A - 一种掺镱光纤放大*** - Google Patents

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闫平
郝金坪
张海涛
柳强
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Abstract

本发明提供一种掺镱光纤放大***，该***包括：种子源Yb:YAG激光器，光束耦合装置和掺镱光纤功率放大器。Yb:YAG激光器的输出激光，作为掺镱光纤功率放大器的种子源，由光束耦合装置耦合注入至掺镱光纤功率放大器中进行放大，最终经端帽输出。本发明大大降低了在掺镱光纤中获得窄线宽短波激光输出的难度，结构简单、可靠，可广泛应用于多个领域中。

Description

一种掺镱光纤放大***
技术领域
本发明涉及一种光纤功率放大***，特别是一种以Yb:YAG(掺镱钇铝石榴石)激光器作为种子源的掺镱光纤放大***。
背景技术
掺镱光纤激光/放大器因其较高的光转换效率，而受到人们的广泛关注并得到飞速的发展。但是，由于掺镱光纤的吸收发射谱线较为固定，且掺镱光纤在1060nm处具有较大的增益峰值，在其增益波段内的较短波激光就难以被激发出来。若要在掺镱光纤中获得1030nm～1050nm的激光，就需要抑制1060nm附近的增益幅值，这是较为困难的，而且即使可以激发出短波的激光，其带宽也往往较大。另一方面，在诸如同带泵浦等光纤激光***的应用中，对于1030nm～1050nm波段的短波激光有着较大的需求。
在使用固体激光器作为光纤激光器的种子源方面，前人进行了一些研究。J.Limpert等人(High-power femtosecond Yb-doped fiberamplifier)将Nd:glass(钕玻璃)激光器的输出脉冲作为种子信号，在诸如掺镱光纤中进行放大，但是作为种子被放大的脉冲信号在1060nm波段，不属于前文阐述的掺镱光纤的短波输出范围。Kangwen Yang等人(Up to85-W1030-nm Fiber Laser Synchronized to800-and1550-nmFemtosecond Lasers at79.5MHz)使用钛宝石激光器作为种子源，从其输出激光中滤出1030nm的激光注入掺镱光纤放大器中。由于钛宝石激光器的输出中心在800nm波段，其在1030nm波段的输出功率比例较低，用其作为1030nm信号的发射源，会带来较大的功率损耗和效率损失。
发明内容
(一)所要解决的技术问题
本发明通过提供一种掺镱光纤放大***，解决了较短波激光难以激发的问题。
(二)技术方案
本发明提供一种掺镱光纤放大***，其特征在于，该***包括：Yb:YAG激光器、光束耦合装置和至少一级掺镱光纤功率放大器，其中：
Yb:YAG激光器用于产生激光，作为掺镱光纤功率放大器的种子源；
光束耦合装置，用于对Yb:YAG激光器的输出激光进行光束耦合，并注入至掺镱光纤功率放大器中；
掺镱光纤功率放大器，用于对通过光束耦合装置注入的激光进行功率放大；
最后一级掺镱光纤功率放大器的输出光纤尾端熔接有端帽，作为掺镱光纤放大***的输出端。
优选的，所述Yb:YAG激光器由第一泵浦装置、Yb:YAG晶体和激光腔镜组成；
所述掺镱光纤功率放大器由第二泵浦装置、泵浦耦合装置和掺镱光纤组成；第二泵浦装置产生的泵浦光，通过泵浦耦合装置耦合注入掺镱光纤；掺镱光纤对注入的种子源激光进行功率放大。
优选的，所述泵浦耦合装置，为端面泵浦合束器、侧面泵浦耦合器或分立式透镜耦合装置。
优选的，所述掺镱光纤功率放大器的第二泵浦装置产生的泵浦光，采用端面泵浦或侧面泵浦方式注入掺镱光纤功率放大器中的掺镱光纤。
优选的，所述光束耦合装置由分立式光学元件或分立式光学元件及无源光纤构成。
优选的，掺镱光纤放大***包括多个所述掺镱光纤功率放大器，多个掺镱光纤功率放大器之间采用光纤连接或分立式光学元件连接。
优选的，掺镱功率放大***包括多个Yb:YAG激光器；各个Yb:YAG激光器完全相同，或在输出激光波长、输出激光模式和/或输出激光功率方面具有不同的参数。
(三)有益效果
1、本发明采用Yb:YAG激光器作为掺镱光纤放大器的种子源，由于其在1030nm和1048nm波段具有较大的输出峰值，从而大大降低了在掺镱光纤中获得1030nm或1048nm激光输出的难度。
2、本发明中信号种子源注入的方式，可以很好地抑制掺镱光纤中增益较大波段(长波)的激光输出，从而在掺镱光纤中获得窄线宽的短波激光输出。
3、本发明采用掺镱光纤进行放大，可以在1030nm或1048nm等掺镱光纤较难输出激光的波段，获得高功率的激光输出。
4、本发明相较直接使用掺镱光纤激发短波激光的方式，节省了一对光纤光栅，从而大大降低了搭建激光***的成本。
5、本发明的***结构稳定、可靠、易于实现，可广泛应用于需要较短波激光输出的各个领域。
附图说明
图1为掺镱光纤功率放大***的结构示意图；
图2为采用分立式光束耦合装置将种子源注入掺镱光纤放大器的掺镱光纤放大***；
图3为采用分立式光学元件和无源光纤将种子源注入掺镱光纤放大器的掺镱光纤放大光纤；
图4为本发明采用两级掺镱光纤放大器的掺镱放大***；
图5为采用三个Yb:YAG激光种子源并行注入的掺镱光纤放大***。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种掺镱光纤放大***，如图1所示，该***包括：Yb:YAG激光器、光束耦合装置和至少掺镱光纤功率放大器；
其中Yb:YAG激光器产生激光，作为掺镱光纤放大器的种子源；
采用Yb:YAG激光器作为掺镱光纤放大器的种子源，由于其在1030nm和1048nm波段具有较大的输出峰值，从而大大降低了在掺镱光纤中获得1030nm或1048nm激光输出的难度。
光束耦合装置，用于对激光器输出的激光进行光束耦合，并注入至光纤功率放大器的掺镱光纤；
通过短波种子源注入方式，可以很好地抑制掺镱光纤中增益较大波段(长波)的激光输出，从而在掺镱光纤中获得窄线宽的短波激光输出。
掺镱光纤功率放大器，对通过光束耦合装置注入的激光进行放大。
最后一级掺镱光纤功率放大器的输出光纤尾端熔接有端帽，作为掺镱光纤放大***的输出端。
所述Yb:YAG激光器由第一泵浦装置、Yb:YAG晶体和激光腔镜组成；
所述掺镱光纤功率放大器由第二泵浦装置、泵浦耦合装置和掺镱光纤组成；第二泵浦装置产生的泵浦光，通过泵浦耦合装置耦合注入掺镱光纤；掺镱光纤对注入的种子源激光进行功率放大。
所述泵浦耦合装置，为端面泵浦合束器、侧面泵浦耦合器或分立式透镜耦合装置。
所述掺镱光纤功率放大器的第二泵浦装置产生的泵浦光，采用端面泵浦或侧面泵浦方式注入掺镱光纤功率放大器中的掺镱光纤。
所述光束耦合装置由分立式光学元件或分立式光学元件及无源光纤构成。
掺镱光纤放大***包括多个所述掺镱光纤功率放大器，多个掺镱光纤功率放大器之间采用光纤连接或分立式光学元件连接。
掺镱功率放大***包括多个Yb:YAG激光器；各个Yb:YAG激光器完全相同，或在输出激光波长、输出激光模式和/或输出激光功率方面具有不同的参数。
具体的，该装置为：
如图2所示，本***是采用分立式光束耦合装置将种子源注入掺镱光纤的光纤放大***。第一泵浦装置(1)、Yb:YAG晶体(2)、镀膜腔镜(3)和耦合透镜组(4)构成作为种子源的Yb:YAG激光器，第一泵浦装置(1)输出的泵浦光通过耦合透镜组(4)耦合注入Yb:YAG晶体(2)。激光器输出的1030nm激光经由光束耦合装置——耦合透镜组(5)耦合至双包层掺镱光纤(6)的纤芯，并在掺镱光纤(6)中放大；掺镱光纤功率放大器的第二泵浦装置——7个泵浦LD(半导体激光器)(7)由泵浦耦合装置7×1合束器(8a)合成一束，并通过侧面泵浦方式注入掺镱光纤(6)的包层。掺镱光纤(6)的输出尾端熔接有端帽(9)，放大的1030nm激光由端帽(9)输出。
如图3所示，本***是采用分立式光学元件和无源光纤将种子源注入掺镱光纤的光纤放大***。Yb:YAG激光器的结构与图2中所示***相同，其输出的1048nm激光通过耦合透镜组(5)注入一段多模无源光纤(10)。这段无源光纤(10)与泵浦耦合装置(6+1)×1合束器(8b)中的信号注入光纤尺寸相同，二者熔接相连。6个泵浦LD(7)的输出尾纤分别与(6+1)×1合束器(8b)的6根泵浦注入光纤熔接，通过端面泵浦方式将泵浦光注入掺镱光纤(6)的包层。(6+1)×1合束器(8b)的输出光纤与掺镱光纤(6)熔接，从而实现信号光和泵浦光的同时注入。放大后的1048nm激光通过掺镱光纤(6)尾端熔接的端帽(9)输出。
如图4所示，本***是采用两级掺镱光纤功率放大器的光纤放大***。Yb:YAG激光器的结构与图2中所示***相同，其输出激光经由耦合透镜组(5)耦合至第一级掺镱光纤功率放大器的掺镱光纤(6a)的纤芯。各级光纤功率放大器均采用侧面泵浦方式，由两个泵浦耦合装置7*1合束器(8a)合束的14个泵浦LD(7)从侧面分别注入两级掺镱光纤功率放大器的掺镱光纤(6a)、(6b)的包层。激光在放大***中逐级放大，两级放大器采用的增益光纤相同，功率放大器间通过一段与掺镱光纤(6a)、(6b)尺寸相同的无源光纤(10)连接，无源光纤(10)的两端分别与两级功率放大器的掺镱光纤(6a)、(6b)熔接。第二级功率放大器的掺镱光纤(6b)的尾端熔接有端帽(9)，作为整个光纤放大***的输出。
如图5所示，本例是采用三个Yb:YAG激光种子源并行注入的光纤放大***。三个结构参数相同、输出1030nm激光的Yb:YAG激光器作为并行种子源，Yb:YAG激光器的结构与图2所示***中种子源的结构相同，其输出激光由耦合透镜组(5)和(11)耦合至双包层掺镱光纤(6)的纤芯。光纤功率放大器的泵浦LD(7)的输出泵浦光，通过泵浦耦合装置耦合透镜组(8c)和耦合透镜组(11)耦合至双包层掺镱光纤(6)的包层。多个种子源会聚的信号光，在掺镱光纤(6)中放大传输，最后经由端帽(9)输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种掺镱光纤放大***，其特征在于，该***包括：Yb:YAG激光器、光束耦合装置和至少一级掺镱光纤功率放大器，其中：
Yb:YAG激光器用于产生激光，作为掺镱光纤功率放大器的种子源；
光束耦合装置，用于对Yb:YAG激光器的输出激光进行光束耦合，并注入至掺镱光纤功率放大器中；
掺镱光纤功率放大器，用于对通过光束耦合装置注入的激光进行功率放大；
最后一级掺镱光纤功率放大器的输出光纤尾端熔接有端帽，作为掺镱光纤放大***的输出端。
2.如权利要求1所述掺镱光纤放大***，其特征在于，
所述Yb:YAG激光器由第一泵浦装置、Yb:YAG晶体和激光腔镜组成；
所述掺镱光纤功率放大器由第二泵浦装置、泵浦耦合装置和掺镱光纤组成；第二泵浦装置产生的泵浦光，通过泵浦耦合装置耦合注入掺镱光纤；掺镱光纤对注入的种子源激光进行功率放大。
3.如权利要求2所述的掺镱光纤放大***，其特征在于，所述泵浦耦合装置，为端面泵浦合束器、侧面泵浦耦合器或分立式透镜耦合装置。
4.如权利要求2所述的掺镱光纤放大***，其特征在于，所述掺镱光纤功率放大器的第二泵浦装置产生的泵浦光，采用端面泵浦或侧面泵浦方式注入掺镱光纤功率放大器中的掺镱光纤。
5.如权利要求1或2所述的掺镱光纤放大***，其特征在于，所述光束耦合装置由分立式光学元件或分立式光学元件及无源光纤构成。
6.如权利要求1或2所述掺镱光纤放大***，其特征在于，掺镱光纤放大***包括多个所述掺镱光纤功率放大器，多个掺镱光纤功率放大器之间采用光纤连接或分立式光学元件连接。
7.如权利要求1或2所述的掺镱光纤放大***，其特征在于，掺镱功率放大***包括多个Yb:YAG激光器；各个Yb:YAG激光器完全相同，或在输出激光波长、输出激光模式和/或输出激光功率方面具有不同的参数。
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