CN212517877U - 一种高效率短增益光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效率短增益光纤激光器，包括增益光纤和多个合束器，至少1个合束器的1个或多个泵浦光纤与泵浦源连接，合束器不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。采用本实用新型的一种高效率短增益光纤激光器，能够对残余泵浦进行重复的有效利用，进而提升激光器的效率。

Description

一种高效率短增益光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及一种高效率短增益光纤激光器，属于光纤激光技术领域。

背景技术

在一些光纤激光器***中，为了有效的抑制ASE或非线性效应(如受激布里渊散射、受激拉曼散射、四波混频等)，往往采用较短的增益光纤长度，但短增益光纤导致激光器***泵浦吸收减小，导致激光器效率降低。通常可以在缩短增益光纤长度的同时，采用大模场增益光纤来提升泵浦吸收，但这样会导致增益光纤纤芯中的模式数量增加，降低模式不稳定阈值，不利于近衍射极限光束质量的获得。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高效率短增益光纤激光器，本实用新型能够对残余泵浦进行重复的有效利用，进而提升激光器的效率。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种高效率短增益光纤激光器，包括增益光纤和合束器，至少1个合束器的1个或多个泵浦光纤与泵浦源连接，合束器不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

在本实用新型中，通过将不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路，能够将增益光纤前段和/或后端中残留的部分泵浦光通过泵浦回路重新耦合至增益光纤中，实现多通增益，从而对残留泵浦进行有效利用，进而提升激光器的效率。

进一步的，所述合束器包括多个，分别位于增益光纤的前段和后端，多个合束器上设置泵浦回路。

在上述方案中，形成激光器上增益光纤两侧的残留泵浦光回路，从而对残留泵浦进行重复有效利用。

进一步的，所述合束器为端面泵浦光纤合束器，合束器的泵浦耦合为单级合束或多级合束。

进一步的，包括依次连接的种子源、第一包层功率剥离器、第一合束器、增益光纤、第二合束器、第二包层功率剥离器和输出端帽；第一合束器和/或第二合束器至少有一个泵浦光纤和泵浦源连接，其余泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

进一步的，包括依次连接的种子源、第一包层功率剥离器、第一合束器、增益光纤、第二合束器、第二包层功率剥离器和输出端帽；所述第一合束器连接泵浦源，第二合束器的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

在上述方案中，该光纤激光器为光纤放大器。

进一步的，第一合束器输入端包含信号光纤和泵浦光纤，输出端为信号光纤；第二合束器输入端为信号光纤，输出端包含信号光纤和泵浦光纤。

在上述方案中，位于第二合束器输出端的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路，残留的泵浦光经过泵浦回路再次回到增益光纤进行重复利用。

进一步的，包括依次连接的第一合束器、高反光纤光栅、增益光纤、低反光纤光栅、第二合束器、包层功率剥离器和输出端帽；所述第一合束器的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路；第二合束器连接泵浦源，第二合束器不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

进一步的，包括依次连接的高反光纤光栅、第一合束器、增益光纤、低反光纤光栅、第二合束器、包层功率剥离器和输出端帽；所述第一合束器的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路；第二合束器连接泵浦源，第二合束器不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

进一步的，包括依次连接的第一合束器、高反光纤光栅、增益光纤、第二合束器、低反光纤光栅、包层功率剥离器和输出端帽；所述第一合束器的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路；第二合束器连接泵浦源，第二合束器不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

进一步的，包括依次连接的高反光纤光栅、第一合束器、增益光纤、第二合束器、低反光纤光栅、包层功率剥离器和输出端帽；所述第一合束器的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路；第二合束器连接泵浦源，第二合束器不与泵浦源连接的泵浦光纤两两连通形成泵浦回路。

在上述方案中，该光纤激光器为光纤振荡器。

进一步的，所述第一合束器输入端包含信号光纤和泵浦光纤，或只包含泵浦光纤，输出端为信号光纤；第二合束器输入端为信号光纤，输出端包含信号光纤和泵浦光纤。

在上述方案中，第一合束器和/或第二合束器上形成泵浦回路，两个泵浦回路在激光器上形成循环利用回路，从而将残留的泵浦光重复利用。

进一步的，若合束器存在单独的泵浦光纤，该泵浦光纤与次级合束器或泵浦吸收池连接。

在上述方案中，次级合束器上设置泵浦回路，将泵浦光返回到增益光纤；连接泵浦吸收池将残余的泵浦光吸收。

进一步的，所述激光器的输出波长在970nm-1100nm或1520nm-1620nm或1900nm-2100nm之间，激光器为连续运转或脉冲运转。

进一步的，所述增益光纤为双包层或三包层掺杂光纤，增益光纤纤芯直径在3-50um之间，内包层直径在80-1000um之间。

进一步的，所述泵浦源为半导体泵浦源或光纤激光泵浦源。

本实用新型的一种高效率短增益光纤激光器，将增益光纤前端和/或后端中残留的部分泵浦光通过泵浦回路重新耦合至增益光纤中，从而对残余泵浦进行重复的有效利用，进而提升激光器的效率，进一步可以采用较短的增益光纤即可实现较高的效率，有效的抑制激光器中的ASE或非线性效应。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、通过对增益光纤单次增益后的残余泵浦进行重复的有效利用，缩短了增益光纤长度，同时有效提升激光器效率；

2、有效的抑制激光器***中的ASE或非线性效应；

3、具有高紧凑型、搭建便易性等特点。

附图说明

图1是合束器连接示意图；

图2是光纤激光器的第一种连接示意图；

图3是光纤激光器的第二种连接示意图；

图4是光纤激光器的第三种连接示意图；

图5是光纤激光器的第四种连接示意图；

图6是光纤激光器的第五种连接示意图。

图中标记：1-增益光纤、2-合束器、3-种子源、4-包层功率剥离器、5-泵浦源、6-输出端帽、7-高反光纤光栅、8-低反光纤光栅、9-泵浦吸收池、2a-第一合束器、2b-第二合束器、2c-次级合束器、21-泵浦光纤、22-泵浦回路、41-第一包层功率剥离器、42-第二包层功率剥离器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图2所示，本实施例的一种高效率短增益光纤激光器，为光纤放大器，包括依次连接的种子源3、第一包层功率剥离器41、第一合束器2a、增益光纤1、第二合束器2b、第二包层功率剥离器42和输出端帽6；

第一合束器2a为端面泵浦的(2+1)×1光纤合束器2，包含1个信号输入光纤、2个泵浦光纤21和1个信号输出光纤，两个中心波长位于976nm的半导体激光器通过第一合束器2a的两个泵浦光纤21耦合至增益光纤1；第二合束器2b为端面泵浦的(6+1)×1光纤合束器2，包含1个信号输入光纤、6个泵浦光纤21和1个信号输出光纤，6个泵浦光纤21两两互相熔接形成3个泵浦回路22；增益光纤1为双包层的掺镱光纤，纤芯直径为20um，内包层直径为400um，增益光纤1长度为5m，吸收系数为1.2dB/m。通过该实施例，将常规的20/400um光纤放大器的增益光纤1长度由12m减少至5m，缩短了一半以上。

实施例2

如图3所示，本实施例的一种高效率短增益光纤激光器，为光纤振荡器，包括依次连接的第一合束器2a、高反光纤光栅7、增益光纤1、低反光纤光栅8、第二合束器2b、包层功率剥离器4和输出端帽6；

第一合束器2a为端面泵浦的7×1光纤合束器2，包含7个泵浦光纤21和1个信号输出光纤，其中6个泵浦光纤21两两互相熔接形成3个泵浦回路22，剩余的1个泵浦光纤21与泵浦吸收池9连接；高反光纤光栅7中心波长位于980nm,带宽1nm，增益光纤1为双包层的掺镱光纤，纤芯直径为20um，内包层直径为130um，增益光纤1长度为0.5m，吸收系数为10dB/m；低反光纤光栅8中心波长位于980nm，带宽0.5nm；第二合束器2b为端面泵浦的(6+1)×1光纤合束器2，包含1个信号输入光纤、6个泵浦光纤21和1个信号输出光纤，6个泵浦光纤21中其中1个泵浦光纤21和中心波长位于915nm的半导体激光器熔接，其中4个泵浦光纤21两两互相熔接，剩下的1个泵浦光纤21和1个2×1的次级合束器2c(包含1个输出光纤和两个泵浦光纤21)的输出端熔接，次级合束器2c的两个泵浦光纤21互相熔接形成泵浦回路22。一般情况下，要获得980nm的光纤激光，需要很短的增益光纤1来抑制1030nm波段的ASE效应，但短光纤使得激光器效率很低。通过该实施例，将腔内的增益由一般的单次放大设计为利用部分单次增益后的残余泵浦进行多通放大，可以大幅提升激光器的效率。

实施例3

如图4所示，本实施例的一种高效率短增益光纤激光器，为光纤振荡器，包括依次连接的高反光纤光栅7、第一包层功率剥离器41、第一合束器2a、增益光纤1、低反光纤光栅8、第二合束器2b、第二包层功率剥离器42和输出端帽6；

第一合束器2a为端面泵浦的(6+1)×1光纤合束器2，包含1个信号输入光纤、6个泵浦光纤21和1个信号输出光纤，其中6个泵浦光纤21两两互相熔接形成3个泵浦回路22；高反光纤光栅7中心波长位于1064nm,带宽1nm，增益光纤1为双包层的掺镱光纤，纤芯直径为10um，内包层直径为130um，增益光纤1长度为1.5m，吸收系数为4dB/m；低反光纤光栅8中心波长位于1064nm，带宽0.5nm。第二合束器2b为端面泵浦的(6+1)×1光纤合束器2，包含1个信号输入光纤、6个泵浦光纤21和1个信号输出光纤，6个泵浦光纤21中其中1个泵浦光纤21和中心波长位于976nm的半导体激光器熔接，其中4个泵浦光纤21两两互相熔接，剩下的1个泵浦光纤21和1个2×1的次级合束器2c(包含1个输出光纤和两个泵浦光纤21)的输出端熔接，次级合束器2c的两个泵浦光纤21互相熔接形成泵浦回路22。

实施例4

如图5所示，本实施例与实施例2的区别在于，本实施例包括依次连接的第一合束器2a、高反光纤光栅7、增益光纤1、第二合束器2b、低反光纤光栅8、包层功率剥离器4和输出端帽6。

实施例5

如图6所示，本实施例与实施例3的区别在于，包括依次连接的高反光纤光栅7、第一包层功率剥离器41、第一合束器2a、增益光纤1、第二合束器2b、低反光纤光栅8、第二包层功率剥离器42和输出端帽6。

综上所述，采用本实用新型的一种高效率短增益光纤激光器，通过对增益光纤单次增益后的残余泵浦进行重复的有效利用，有效提升激光器效率；有效的抑制激光器***中的ASE或非线性效应；具有高紧凑型、搭建便易性等特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效率短增益光纤激光器，包括增益光纤(1)和合束器(2)，其特征在于：至少1个合束器(2)的1个或多个泵浦光纤(21)与泵浦源(5)连接，合束器(2)不与泵浦源(5)连接的泵浦光纤(21)两两连通形成泵浦回路(22)。

2.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：所述合束器(2)为端面泵浦光纤(21)合束器(2)，合束器(2)的泵浦耦合为单级合束或多级合束。

3.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：包括依次连接的种子源(3)、第一包层功率剥离器(41)、第一合束器(2a)、增益光纤(1)、第二合束器(2b)、第二包层功率剥离器(42)和输出端帽(6)；所述第一合束器(2a)连接泵浦源(5)，第二合束器(2b)的泵浦光纤(21)两两连通形成泵浦回路(22)。

4.如权利要求3所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：第一合束器(2a)输入端包含信号光纤和泵浦光纤(21)，输出端为信号光纤；第二合束器(2b)输入端为信号光纤，输出端包含信号光纤和泵浦光纤(21)。

5.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：包括依次连接的第一合束器(2a)、高反光纤光栅(7)、增益光纤(1)、低反光纤光栅(8)、第二合束器(2b)、第二包层功率剥离器(42)和输出端帽(6)；所述第一合束器(2a)的泵浦光纤(21)两两连通形成泵浦回路(22)；第二合束器(2b)连接泵浦源(5)，第二合束器(2b)不与泵浦源(5)连接的泵浦光纤(21)两两连通形成泵浦回路(22)。

6.如权利要求5所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：所述第一合束器(2a)输入端包含信号光纤和泵浦光纤(21)，或只包含泵浦光纤(21)，输出端为信号光纤；第二合束器(2b)输入端为信号光纤，输出端包含信号光纤和泵浦光纤(21)。

7.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：若合束器(2)存在单独的泵浦光纤(21)，该泵浦光纤(21)与次级合束器(2c)或泵浦吸收池(9)连接。

8.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：所述激光器的输出波长在970nm-1100nm或1520nm-1620nm或1900nm-2100nm之间，激光器为连续运转或脉冲运转。

9.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤(1)为双包层或三包层掺杂光纤，增益光纤(1)纤芯直径在3-50um之间，内包层直径在80-1000um之间。

10.如权利要求1所述的高效率短增益光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源(5)为半导体泵浦源或光纤激光泵浦源。

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