CN111082296A - 一种低量子亏损的拉曼光纤激光器 - Google Patents

一种低量子亏损的拉曼光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低量子亏损的拉曼光纤激光器，该光处理组件包括：第一反射结构和掺磷光纤；所述掺磷光纤的两端分别设有输入光纤和输出光纤；所述第一反射结构的一端设有输入端，以与外接光源相接；另一端与掺磷光纤的输入光纤相接，以将外接光源产生的光源通过所述第一反射结构进入输入光纤；所述第一反射结构用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤，最终在掺磷光纤的输出光纤的输出端输出一阶斯托克斯激光；该激光器包括：泵浦源和所述组件。与现有技术相比，本发明提供的拉曼光纤激光器的量子亏损更低，功率转换效率更高，该拉曼光纤激光器可用于进一步提升光纤激光器的输出功率。

Description

一种低量子亏损的拉曼光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其是一种低量子亏损的光处理组件及拉曼光纤激光器。
背景技术
随着光纤制作工艺水平的提高以及随着高亮度半导体激光器二极管泵浦源的快速发展，光纤激光器(包括单束光纤激光器和多束光纤激光器)的输出功率得到了飞速的提高。目前，光纤激光器的输出功率已经突破万瓦级。然而，光纤激光器的输出功率提升受到了量子亏损与泵浦源亮度等因素的制约。
较高的量子亏损不仅会降低光纤激光器的功率转换效率，还会导致严重的热效应，从而引起热致模式不稳定效应、热破裂、纤芯熔化和热透镜效应等一系列问题，进而限制高功率光纤激光器的进一步提升。因此，为了能够进一步提高光纤激光器的输出功率，降低光纤激光器的量子亏损至关重要。
发明内容
本发明提供一种低量子亏损的光处理组件及拉曼光纤激光器，用于克服现有技术中由于的量子亏损而限制激光器输出功率进一步提高等缺陷，实现光纤激光器的低量子亏损，从而实现光纤激光器输出功率的进一步提高。
为实现上述目的，本发明提出一种低量子亏损的光处理组件，包括：第一反射结构和掺磷光纤；
所述掺磷光纤的两端分别设有输入光纤和输出光纤；所述掺磷光纤用于将光源转化成一阶斯托克斯光；所述输入光纤和输出光纤用于光源传播；
所述第一反射结构的一端设有输入端，以与外接光源相接；另一端与掺磷光纤的输入光纤相接，以将外接光源产生的光源通过所述第一反射结构进入输入光纤；所述第一反射结构用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤，最终在掺磷光纤的输出光纤的输出端输出一阶斯托克斯激光。
为实现上述目的，本发明还提出一种低量子亏损的拉曼光纤激光器，包括：泵浦源和上述所述的低量子亏损的光处理组件；所述泵浦源的输出端与第一反射结构的输入端相接。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明提供的低量子亏损的光处理组件，包括：第一反射结构和掺磷光纤。第一反射结构，用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤，从而实现对一阶斯托克斯光的输出功率放大；掺磷光纤作为增益介质，其拉曼增益谱中具有一个较高的频移在20～110cm-1之间的玻色子峰，在该玻色子峰附近能够以较低的频移向进入掺磷光纤的光提供较强的拉曼增益。本发明光处理组件的原理为：掺磷光纤通过受激拉曼散射效应，以极小的量子亏损、较高的增益系数，将进入掺磷光纤的光转化为频移在20～110cm-1范围内的一阶斯托克斯光；同时，由于瑞利散射效应，进入掺磷光纤的光会有部分被反射，该被反射的光会被第一反射结构再次反射而重新进入掺磷光纤，从而实现对一阶斯托克斯光的输出功率放大，最终输出一阶斯托克斯激光。
2、本发明提供的低量子亏损的拉曼光纤激光器，包括：泵浦源和上述所述的低量子亏损的光处理组件。泵浦源输出的泵浦光经过光处理组件的处理，将以极低的量子亏损，将泵浦源输出的泵浦光转化为一阶斯托克斯激光输出。与现有技术相比，本发明提供的拉曼光纤激光器结构简单，量子亏损更低，功率转换效率更高，降低了由量子亏损所带来的激光器中的热效应，该拉曼光纤激光器可用于进一步提升拉曼光纤激光器的输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的低量子亏损的光处理组件结构图；
图2为本发明实施例1提供的低量子亏损的拉曼光纤激光器结构图；
图3为本发明实施例1中掺磷光纤的拉曼增益光谱与常规掺锗光纤拉曼增益光谱对照图；
图4为本发明实施例2提供的低量子亏损的光处理组件结构图；
图5为本发明实施例2提供的低量子亏损的拉曼光纤激光器结构图；
附图标号说明：1：泵浦源；2：熔接点；3：高反光纤光栅；4：掺磷光纤；41：输入光纤；42：输出光纤；5：低反光纤光栅；6：8°斜角。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种低量子亏损的光处理组件，包括：第一反射结构和掺磷光纤；
所述掺磷光纤的两端分别设有输入光纤和输出光纤；所述掺磷光纤用于将光源转化成一阶斯托克斯光；所述输入光纤和输出光纤用于光源传播；
所述第一反射结构的一端设有输入端，以与外接光源相接；另一端与掺磷光纤的输入光纤相接，以将外接光源产生的光源通过所述第一反射结构进入输入光纤；所述第一反射结构用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤，最终在掺磷光纤的输出光纤的输出端输出一阶斯托克斯激光。
包括第一反射结构和掺磷光纤的光处理组件，其中掺磷光纤的长度需较长(几百米甚至上千米)才能更好实现对输入的光进行增益，而在掺磷光纤的长度较长时，由于瑞利散射效应，进入掺磷光纤的光会有部分光被反射。此时，第一反射结构将对该部分被反射的光进行再次反射从而使其重新进入掺磷光纤以实现输出功率的放大。
相比于常规硅基光纤，本发明选用的掺磷光纤的拉曼增益谱中具有一个较高的频移在20～110cm-1之间的玻色子峰，在该玻色子峰附近能够以较低的频移提供较强的拉曼增益。
本发明中，输入光纤和输出光纤可以为与掺磷光纤两端相接的普通光纤；也可以为与掺磷光纤性质相同的光纤。
本发明中各个连接点可采用熔接方式进行连接，方式简单且可靠。各个连接点也可以采用空间光路的结构相连接。
优选地，所述光处理组件还包括第二反射结构，所述第二反射结构设置在所述掺磷光纤与输出光纤之间。
第一反射结构与第二反射结构共同构成一个振荡器结构，此时采用的掺磷光纤长度较短(仅需几米)，经过掺磷光纤后输出的一阶斯托克斯光将有部分被第二反射结构反射而反向传播，而该部分反向传播的光又会被第一反射结构反射从而向前传播重新进入掺磷光纤，经过第一反射结构与第二反射结构的反复反射和掺磷光纤的多次拉曼增益，使得本发明提供的光处理组件能够以极低的量子亏损，将输入的光源转化为一阶斯托克斯激光输出，提升了激光器的输出率，同时降低了由量子亏损所带来的激光器中的热效应。
优选地，所述第一反射结构的反射率高于第二反射结构的反射率。优选地，所述第一反射结构的反射率大于95％，所述第二反射结构的反射率为5～50％，以利于对光的输出功率的放大。
优选地，所述第一反射结构为高反光纤光栅，所述第二反射结构为低反光纤光栅。第一反射结构对激光高反，第二反射结构对激光低反，从而在两个反射结构之间形成谐振腔，对一阶斯托克斯光提供反射反馈，从而获得更高功率的激光输出。
优选地，所述第一反射结构为高反体布拉格光栅，所述第二反射结构为低反体布拉格光栅。
体布拉格光栅是与光纤光栅不同的另一种光栅，与光纤光栅相比，优势是能承受更高功率，劣势是将导致***结构更复杂，可根据实际应用的需要进行选择以满足不同的需求。
优选地，所述掺磷光纤为单包层光纤、双包层光纤和多包层光纤中的一种。选择常用的掺磷光纤，成本低且易于获得。
优选地，所述输出光纤的输出端切斜角以抑制其端面反馈。
优选地，所述斜角的倾斜角度为6～10°，以更好地抑制其端面反馈，提高输出功率。优选8°。
本发明还提出一种低量子亏损的拉曼光纤激光器，包括：泵浦源和如上述所述的低量子亏损的光处理组件；所述泵浦源的输出端与第一反射结构的输入端相接。
优选地，所述泵浦源为光纤激光器、半导体激光器或气体激光器。泵浦源根据实际需要进行选择以满足不同的需求。
实施例1
本实施例提供一种低量子亏损的光处理组件，如图1所示，包括：高反光纤光栅3、掺磷光纤4和低反光纤光栅5；
所述掺磷光纤4的两端分别设有输入光纤41和输出光纤42；所述掺磷光纤4用于将光源转换成一阶斯托克斯光；所述输入光纤41和输出光纤42为普通光纤，用于光源传播；
所述高反光纤光栅3的一端设有输入端，以与外接光源相接；另一端与掺磷光纤4的输入光纤41相熔接形成熔接点2，以将外接光源产生的光源通过所述高反光纤光栅3进入输入光纤41；所述高反光纤光栅3用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤4；
所述低反光纤光栅5设置在所述掺磷光纤4与输出光纤42之间；
最终在输出光纤42的输出端输出一阶斯托克斯激光；
输出光纤的输出端切8°斜角6。
本实施例还提供一种低量子亏损的拉曼光纤激光器，如图2所示，包括：泵浦源1和如上述所述的低量子亏损的光处理组件；所述泵浦源1的输出端与高反光纤光栅3的输入端相接。
图3为本实施例中所述的掺磷光纤的拉曼增益光谱与常规掺锗光纤拉曼增益光谱对照图。由图可知，相比于常规掺锗光纤，本实施例中采用的掺磷光纤4的拉曼增益谱中，在频移为20～110cm-1的区间有一个较高的玻色子峰，在该玻色子峰附近能够以较低的频移提供较强的拉曼增益。本实施例提供的拉曼光纤激光器利用掺磷光纤的这个拉曼增益峰，以较低的频移、较高的增益系数向将泵浦源1输出的泵浦光转化为一阶斯托克斯光；经过掺磷光纤4后输出的一阶斯托克斯光将有部分被低反光纤光栅5反射，而该部分被反射的光又会被高反光纤光栅3再次反射从而重新进入掺磷光纤4，经过高反光纤光栅3与低反光纤光栅5的反复反射和掺磷光纤4的多次拉曼增益，从而使得最终输出功率的进一步提高，同时降低了由量子亏损所带来的激光器中的热效应。
实施例2
本实施例提供一种低量子亏损的光处理组件，如图4所示，包括：高反光纤光栅3和掺磷光纤4；
所述掺磷光纤4的两端分别设有输入光纤41和输出光纤42；所述掺磷光纤4用于将光源转换成一阶斯托克斯光；所述输入光纤41和输出光纤42为普通光纤，用于光源传播；
所述高反光纤光栅3的一端设有输入端，以与外接光源相接；另一端与掺磷光纤4的输入光纤41相熔接形成熔接点2，以将外接光源产生的光源通过所述高反光纤光栅3进入输入光纤41；所述高反光纤光栅3用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤4；
最终在输出光纤42的输出端输出一阶斯托克斯激光；
输出光纤的输出端切8°斜角6。
本实施例还提供一种低量子亏损的拉曼光纤激光器，如图5所示，包括：泵浦源1和如上述所述的低量子亏损的光处理组件；所述泵浦源1的输出端与高反光纤光栅3的输入端相接。
本实施例提供的拉曼光纤激光器利用掺磷光纤4的拉曼增益峰，以较低的频移、较高的增益系数将泵浦源1输出的泵浦光转化为一阶斯托克斯光，同时，由于瑞利散射效应，进入掺磷光纤的光会有部分被反射而反向传播，该反向传播的光会被高反光纤光栅3反射而重新向前传播进入掺磷光纤4，从而实现对一阶斯托克斯光的输出功率放大，同时降低了由量子亏损所带来的激光器中的热效应。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低量子亏损的光处理组件，其特征在于，包括：第一反射结构和掺磷光纤；
所述掺磷光纤的两端分别设有输入光纤和输出光纤；所述掺磷光纤用于将光源转化成一阶斯托克斯光；所述输入光纤和输出光纤用于光源传播；
所述第一反射结构的一端设有输入端，以与外接光源相接；另一端与掺磷光纤的输入光纤相接，以将外接光源产生的光源通过所述第一反射结构进入输入光纤；所述第一反射结构用于对被反射的光源光进行再次反射使重新进入掺磷光纤，最终在掺磷光纤的输出光纤的输出端输出一阶斯托克斯激光。
2.如权利要求1所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述光处理组件还包括第二反射结构，所述第二反射结构设置在所述掺磷光纤与输出光纤之间。
3.如权利要求2所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述第一反射结构的反射率高于第二反射结构的反射率。
4.如权利要求3所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述第一反射结构为高反光纤光栅，所述第二反射结构为低反光纤光栅。
5.如权利要求3所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述第一反射结构为高反体布拉格光栅，所述第二反射结构为低反体布拉格光栅。
6.如权利要求1所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述掺磷光纤为单包层光纤、双包层光纤和多包层光纤中的一种。
7.如权利要求1所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述输出光纤的输出端切斜角。
8.如权利要求7所述的低量子亏损的光处理组件，其特征在于，所述斜角的倾斜角度为6～10°。
9.一种低量子亏损的拉曼光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦源和如权利要求1～8任一项所述的低量子亏损的光处理组件；所述泵浦源的输出端与第一反射结构的输入端相接。
10.如权利要求9所述的低量子亏损的拉曼光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源为光纤激光器、半导体激光器或气体激光。
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