CN104409954A - 1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器 - Google Patents

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周军
邹峰
杜松涛
王兆坤
王子薇
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Abstract

一种1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器，包括：DFB半导体激光器种子源、波分复用器、半导体泵浦源、单模单包层掺铒光纤、光纤带通滤波器、环形器、半导体泵浦源、光纤合束器、双包层铒镱共掺光纤和光纤光栅。本发明具有结构紧凑、功率可调、重复频率可调、窄线宽激光输出、稳定性好和实用性强的特点。

Description

1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器
技术领域
本发明涉及光纤放大器，特别是一种1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器。
背景技术
1.5微米激光处于人眼安全波段，在激光雷达、激光测距、激光遥感和环境监测等方面具有很大的应用价值和应用前景，而且光纤激光器具有结构紧凑、热管理方便、光束质量好等优点，因此高功率脉冲全光纤放大器是满足上述应用的理想选择。种子源加多级光纤放大的功率主振荡(MOPA)是一种实现高功率输出的主要方案，而目前主要有如下几种实现MOPA的具体组合。
首先，脉冲种子源主要由电流直接调制半导体激光器、调Q振荡激光器、宽带ASE加光栅选频和电光/声光调制连续激光种子等提供。除了电流直接调制半导体激光器外，其余种子源重复频率和脉冲宽度调节不便，要采用声光电光器件，结构较为复杂。
其次，光纤放大级主要采用逐级单程放大，耦合方式又分为全光纤耦合与空间耦合。空间耦合放大级稳定性差，且不便于装调使用，全光纤逐级放大，每一级放大能力有限且需要逐级控制ASE，***也较为复杂。
特别的，为了符合实际应用对激光器小体积和高稳定性的要求，相关报道前级采用单模光纤双程结构来控制ASE，一定程度上提高了放大效率并简化结构。但有关1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器还未有相关报道。
发明内容
本发明目的是针对应用需求，提供一种1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器，该放大器具有结构紧凑、功率可调、重复频率可调、窄线宽激光输出、稳定性好和实用性强的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器，特点在于其构成包括：DFB半导体激光器种子源、波分复用器、第一半导体泵浦源、单模单包层掺铒光纤、光纤带通滤波器、环形器、第二半导体泵浦源、光纤合束器、双包层铒镱共掺光纤和光纤光栅，所述的DFB半导体激光器种子源的输出端接所述的波分复用器的第一输入端，所述的第一半导体泵浦源的输出端接所述的波分复用器的第二输入端，所述的波分复用器的输出端接单模单包层掺铒光纤的一端，该单模单包层掺铒光纤的另一端经所述的光纤带通滤波器接所述的环形器的第一端口，该环形器的第二端口接光纤合束器的第一端口，所述的第二半导体泵浦源的输出端接所述的光纤合束器的第二端口，该光纤合束器的第三端口接所述的双包层铒镱共掺光纤，该双包层铒镱共掺光纤的另一端是所述的光纤光栅，所述的环形器的第三端口为本放大器的输出端，所述的第一半导体泵浦源和第二半导体泵浦源的功率是连续可调的。
所述的DFB半导体激光器种子源是由脉冲电流驱动调制的，输出脉冲激光线宽窄，重复频率由外部输入TTL电平频率控制，脉冲宽度可调节。
所述光纤光栅使用双包层光纤制成，并与所述双包层铒镱共掺光纤、环形器组成双包层双程放大结构。
所述的DFB半导体激光器种子源输出的重复频率可调的脉冲种子激光经所述的波分复用器进入所述的单模单包层掺铒光纤，所述的半导体泵浦源输出的泵浦光经所述的波分复用器进入所述的单模单包层掺铒光纤对所述的种子激光进行放大后依次经过所述的光纤带通滤波器，环形器和光纤合束器进入下一级所述的双包层铒镱共掺光纤，所述的半导体泵浦源输出的泵浦光经所述的光纤合束器进入所述的双包层铒镱共掺光纤对前级信号光进行放大，放大后的信号激光由所述的光纤光栅反射并经双包层铒镱共掺光纤再次放大，最后，所述环形器的一个输出端输出激光。所述的半导体泵浦源功率是连续可调的。
所述的高功率1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器所有光学器件之间都采用光纤熔接直接耦合，是全光纤结构放大器。
所述的DFB半导体激光器种子源由脉冲电流驱动调制，能输出线宽窄的脉冲激光，重复频率由外部输入TTL电平频率调节，脉冲宽度可调节。
所述种子源能够实现波长1551.7nm输出，输出激光重复频率35-50kHz可调节，线宽0.06nm。
所述光纤光栅使用双包层光纤制成并与所述双包层铒镱共掺光纤、环形器组成主放级双程双包层光纤放大结构。
所述的环形器具有三个端口，一端是单模传能光纤，它与所述的单模光纤滤波器熔接，另两端是双包层传能光纤，其中一端与所述的双包层铒镱共掺光纤熔接，另一端作为激光输出端。信号光的传输只能沿单方向环行，反方向是隔离的。
所述的光纤光栅刻制在双包层传能光纤的纤芯之上，对纤芯内波长1551.7nm激光高反，放大的ASE和包层内残余泵浦光通过光栅。
本发明的优点是：
本发明采用典型的MOPA全光纤放大结构，放大级数少、结构简单。种子源采用脉冲电流驱动调制的DFB半导体激光器，频率和脉冲宽度调节方便，稳定性高；预放级采用单模光纤放大，保证激光的单模特性；主放级采用双包层铒镱共掺光纤、双包层光纤光栅和环形器组成双程放大结构，增强了双包层光纤对小信号的放大能力，并有效地抑制了强泵浦下产生的ASE，这是首次报道将双程放大结构应用于双包层光纤，而且与单模单包层双程放大方案相比，本发明更能提升整体放大能力。
本发明采用电调制单频DFB半导体激光器种子源，一级采用单模光纤单通放大，二级通过环形器与光纤光栅实现了双程双包层光纤放大，大大增强了光纤对小信号的放大能力，并有效地抑制了强泵浦下产生的ASE，从而实现重复频率可调的高功率纳秒脉冲激光输出。本发明具有放大级数少，结构简单的优点，在激光雷达、激光测距、遥感和环境监测等方面具有重大应用价值。
附图说明
图1为本发明提供的1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
请参阅图1，图1为本发明1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器结构示意图。由图可见，本发明1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器包括：DFB半导体激光器种子源1、波分复用器2、第一半导体泵浦源3、单模单包层掺铒光纤4、光纤带通滤波器5、环形器6、第二半导体泵浦源7、光纤合束器8、双包层铒镱共掺光纤9、光纤光栅10和输出端11。其中：
DFB半导体激光器种子源1由脉冲电流驱动调制，能够输出窄线宽脉冲激光，重复频率由外部输入TTL电平频率控制，脉冲宽度可调节。DFB半导体激光器输出端和波分复用器2相连。第一半导体泵浦源3是光纤耦合输出的半导体激光器，其输出端和波分复用器2相连。
波分复用器2、单模单包层掺铒光纤4、光纤带通滤波器5依次相连构成光纤预放级。第一半导体泵浦源3输出的激光通过波分复用器2进入单模单包层掺铒光纤4将DFB半导体激光器输入的脉冲种子激光放大，光纤带通滤波器5将放大过程中产生的ASE滤除。
环形器6、第二半导体泵浦源7、光纤合束器8、双包层铒镱共掺光纤9、光纤光栅10相连构成双程主放大级。在环形器6中信号光的传输只能沿单方向环行，反方向是隔离的。光纤带通滤波器5输出的信号光通过环形器6进入光纤合束器8，第二半导体泵浦源7输出的泵浦光也经光纤合束器8进入双包层铒镱共掺光纤9对信号光进行放大，到达光纤光栅10并被反射，此时信号光与半导体泵浦源7的泵浦光传输方向相反，信号光经双包层铒镱共掺光纤9再次放大，放大的信号光反向通过光纤合束器8后原路返回进入环形器6，由于环形器端口之间隔离特性，最终返回的信号光不能进一步返回光纤带通滤波器5，而是由环形器的第三端口11输出激光。
实验表明，本发明采用电调制单频DFB半导体激光器种子源，一级采用单模光纤单通放大，二级通过环形器与光纤光栅实现了双程双包层光纤放大，大大增强了光纤对小信号的放大能力，并有效地抑制了强泵浦下产生的ASE，从而实现重复频率可调的高功率纳秒脉冲激光输出。本发明具有放大级数少，结构简单的优点，在激光雷达、激光测距、遥感和环境监测等方面具有重大应用价值。

Claims (3)

1.一种5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器，特征在于其构成包括：DFB半导体激光器种子源(1)、波分复用器(2)、第一半导体泵浦源(3)、单模单包层掺铒光纤(4)、光纤带通滤波器(5)、环形器(6)、第二半导体泵浦源(7)、光纤合束器(8)、双包层铒镱共掺光纤(9)和光纤光栅(10)，所述的DFB半导体激光器种子源(1)的输出端接所述的波分复用器(2)的第一输入端，所述的第一半导体泵浦源(3)的输出端接所述的波分复用器(2)的第二输入端，所述的波分复用器(2)的输出端接单模单包层掺铒光纤(4)的一端，该单模单包层掺铒光纤(4)的另一端经所述的光纤带通滤波器(5)接所述的环形器(6)的第一端口，该环形器(6)的第二端口接光纤合束器(8)的第一端口，所述的第二半导体泵浦源(7)的输出端接所述的光纤合束器(8)的第二端口，该光纤合束器(8)的第三端口接所述的双包层铒镱共掺光纤(9)，该双包层铒镱共掺光纤(9)的另一端是所述的光纤光栅(10)，所述的环形器(6)的第三端口(11)为本放大器的输出端，所述的第一半导体泵浦源(3)和第二半导体泵浦源(7)的功率是连续可调的。
2.根据权利要求1所述的1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器，其特征在于所述的DFB半导体激光器种子源(1)是由脉冲电流驱动调制的，输出脉冲激光线宽窄，重复频率由外部输入TTL电平频率控制，脉冲宽度可调节。
3.根据权利要求1所述的1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器，其特征在于所述光纤光栅(10)使用双包层光纤制成，并与所述双包层铒镱共掺光纤(9)、环形器(6)、光纤合束器(8)组成双包层双程放大结构。
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