高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器的制造方法
【專利摘要】一種高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器，包括：種子源、波分復(fù)用器、光纖泵浦源、保偏單模單包層摻銩光纖、隔離器、分束器、輸出端、濾波器、聲光調(diào)制器、半導(dǎo)體泵浦源和激光晶體。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，利用光纖-固體相結(jié)合的方法，前級采用光纖放大，有效地提高了小信號的放大能力，后級采用晶體放大，發(fā)揮了固體激光易于產(chǎn)生低重頻脈沖光的優(yōu)勢，有效地避免了高功率下光纖放大中較容易出現(xiàn)的非線性效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)低重頻高能量的脈沖輸出，具有較大的應(yīng)用前景。
【專利說明】高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及摻銩激光放大器，特別是一種高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]摻銩光纖激光器波長范圍位于水分子吸收峰，具有對人眼安全的特點(diǎn)，在外科手術(shù)、遙感、工業(yè)加工、大氣光通訊等方面具有廣泛的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，特別是對高能量單頻激光的輸出的需求顯得更為迫切。而目前摻銩激光器、放大器多數(shù)為連續(xù)輸出，有關(guān)脈沖輸出的激光器報(bào)道很少。Q-Peak公司已經(jīng)報(bào)道了超過IkW的摻銩光纖激光器，連續(xù)單頻輸出也達(dá)到了 608W，但連續(xù)摻銩光纖激光器的功率密度及峰值功率還是比較低，如果從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，脈沖工作的摻銩光纖激光器更有實(shí)用價值，因此高能量單頻激光輸出成為一個重要發(fā)展趨勢。目前，少數(shù)脈沖輸出的摻銩激光器輸出線寬較寬，輸出能量較低，NP Photonics搭建的單頻摻銩全光纖激光器實(shí)現(xiàn)單脈沖能量220 μ J激光輸出，為目前全光纖結(jié)構(gòu)單頻輸出最高值。但有關(guān)2 μ m混合式摻銩脈沖激光單頻放大器還未有相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對應(yīng)用需求，提出一種高能量混合式摻銩脈沖放大器，該放大器能實(shí)現(xiàn)高能量、低重頻、單頻激光輸出，具有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0005]一種高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括:種子源、波分復(fù)用器、光纖泵浦源、保偏單模單包層摻銩光纖、隔離器、分束器、輸出端、濾波器、聲光調(diào)制器、半導(dǎo)體泵浦源和激光晶體，所述的種子源輸出的連續(xù)種子激光經(jīng)所述的波分復(fù)用器進(jìn)入所述的保偏單模單包層摻銩光纖，所述的光纖泵浦源輸出的泵浦光經(jīng)所述的波分復(fù)用器進(jìn)入所述的保偏單模單包層摻銩光纖對所述的種子激光進(jìn)行放大后由所述的分束器分為兩部分:一部分經(jīng)過所述的輸出端輸出，另一部分經(jīng)濾波器和聲光調(diào)制器后進(jìn)入所述的激光晶體，所述的半導(dǎo)體泵浦源輸出的泵浦光注入所述的激光晶體進(jìn)行固體放大，所述的泵浦源、半導(dǎo)體泵浦源的功率是連續(xù)可調(diào)的。
[0006]所述的種子源是具有較好單頻特性的連續(xù)線性腔結(jié)構(gòu)的固體激光器，線寬窄、穩(wěn)定性高，且具有一定的波長可調(diào)諧性。
[0007]所述的光纖泵浦源是單模全光纖結(jié)構(gòu)的鉺鐿共摻光纖激光器，其輸出波長1550nm，輸出功率高達(dá)1.8W。
[0008]所述的種子源輸出的空間光通過耦合透鏡系統(tǒng)耦合進(jìn)單模光纖中。所述的種子源采用具有較好單頻特性的連續(xù)線性腔結(jié)構(gòu)的固體激光器，線寬窄、穩(wěn)定性高，且具有一定的波長可調(diào)諧性。
[0009]所述的種子源能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)單頻IOOmW激光穩(wěn)定輸出，輸出激光線寬小于70MHz，波長2051nm?2057nm可調(diào)諧，輸出光譜如圖3所示。實(shí)驗(yàn)所用掃描干涉儀的自由光譜范圍(FSR)為3.75GHz,于是由圖2可知信號單峰寬度約為70MHz，這正是掃描干涉儀本身濾波帶寬的量級。據(jù)此可預(yù)計(jì)種子激光器的譜線寬度將小于70MHz。
[0010]所述的增益光纖為保偏單模單包層摻銩光纖，具有較高的吸收系數(shù)。
[0011]所述的光纖泵浦源是波長為單模全光纖結(jié)構(gòu)鉺鐿共摻光纖激光器，輸出波長1550nm,采用同帶泵浦的方式泵浦增益光纖。
[0012]所述的激光晶體為銩欽共摻激光晶體，其晶體通光面鍍有增透膜，輸出耦合鏡對泵浦光波長高透，對激光波長部分反射。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:
[0014]所述的混合式放大器主要由種子源，光纖放大部分和晶體放大部分三部分構(gòu)成。單頻種子源輸出的空間激光通過光束耦合器耦合進(jìn)波分復(fù)用器信號纖中，鉺鐿共摻光纖激光器作為泵源與波分復(fù)用器的泵浦纖相連，同帶泵浦摻銩光纖，經(jīng)光纖放大的連續(xù)光通過聲光調(diào)制器斬波為低重頻的脈沖光，具有一定量級放大的信號光利用傳統(tǒng)的晶體放大方式獲得進(jìn)一步放大，從而實(shí)現(xiàn)高能量、低重頻、單頻激光脈沖輸出。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]本發(fā)明采用典型的MOPA放大結(jié)構(gòu)，采用光纖-固體相結(jié)合的放大方式，可以有效地提高激光輸出功率，從而獲得高單脈沖能量、高光束質(zhì)量的激光輸出。放大器輸出的光譜特性主要取決于種子源的光譜特性。種子源采用具有較好單頻特性的連續(xù)線性腔結(jié)構(gòu)的固體激光器，輸出功率IOOmW,線寬窄、穩(wěn)定性高，且具有一定的波長可調(diào)諧性。放大級采用光纖-固體相結(jié)合的方法，小信號情況下選用單模光纖放大，提高了小信號的提取能力，同時保證了激光的單模特性，隨著輸出功率的提高，光纖放大不可避免地會產(chǎn)生一些非線性效應(yīng)，在一定程度上限制了輸出功率的增加，此時采用固體放大可避免非線性效應(yīng)的產(chǎn)生，同時，固體放大發(fā)揮其易于產(chǎn)生脈沖光和工藝結(jié)構(gòu)比較成熟的優(yōu)勢，使得輸出功率得到進(jìn)一步提升。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器共焦球面掃描干涉儀所測得的單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)時種子激光器頻譜。
[0019]圖3為本發(fā)明高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器種子激光器輸出光譜?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明高能量混合式摻銩脈沖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器，包括:種子源1、波分復(fù)用器2、光纖泵浦源3、保偏單模單包層摻銩光纖4、隔離器5、分束器6、輸出端7、濾波器8、聲光調(diào)制器9、半導(dǎo)體泵浦源10和激光晶體11，所述的種子源I輸出的連續(xù)種子激光經(jīng)所述的波分復(fù)用器2進(jìn)入所述的保偏單模單包層摻銩光纖4，所述的光纖泵浦源3輸出的泵浦光經(jīng)所述的波分復(fù)用器2進(jìn)入所述的保偏單模單包層摻銩光纖4對所述的種子激光進(jìn)行放大，后由所述的分束器6分為兩部分:一部分經(jīng)過所述的輸出端7輸出，另一部分經(jīng)濾波器8和聲光調(diào)制器9后進(jìn)入所述的激光晶體11，所述的半導(dǎo)體泵浦源10輸出的泵浦光注入所述的激光晶體11進(jìn)行固體放大，所述的泵浦源3、半導(dǎo)體泵浦源10功率是連續(xù)可調(diào)的。
[0021]所述的種子源I是具有較好單頻特性的連續(xù)線性腔結(jié)構(gòu)的固體激光器，線寬窄、穩(wěn)定性高，且具有一定的波長可調(diào)諧性。
[0022]所述的光纖泵浦源3是單模全光纖結(jié)構(gòu)的鉺鐿共摻光纖激光器，其輸出波長1550nm，輸出功率高達(dá)1.8W。
[0023]所述的種子源(I)輸出的空間光通過耦合透鏡系統(tǒng)耦合進(jìn)單模光纖中。采用輸出波長2 μ m、具有良好單頻特性的連續(xù)輸出的線性腔結(jié)構(gòu)的固體激光器作為種子源，利用光纖熔接機(jī)將光纖泵浦源3與波分復(fù)用器2的泵浦纖熔接，該泵浦源是全光纖結(jié)構(gòu)的鉺鐿共摻單模激光器，輸出波長1550nm,米用保偏單包層單模摻錢光纖,其最大直徑為125 μ m,纖芯直徑為9 μ m，對于1550nm泵浦光的吸收系數(shù)為7.8dB/m。激光晶體11為Tm，HoiLuLF晶體，半導(dǎo)體泵源10為中心波長793nm的激光二極管多模泵浦源。
【權(quán)利要求】
1.一種高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器，特征在于其構(gòu)成包括:種子源(I)、波分復(fù)用器(2)、光纖泵浦源(3)、保偏單模單包層摻銩光纖(4)、隔離器(5)、分束器(6)、輸出端(7)、濾波器(8)、聲光調(diào)制器(9)、半導(dǎo)體泵浦源(10)和激光晶體(11)，所述的種子源(I)輸出的連續(xù)種子激光經(jīng)所述的波分復(fù)用器(2)進(jìn)入所述的保偏單模單包層摻銩光纖(4)，所述的光纖泵浦源(3)輸出的泵浦光經(jīng)所述的波分復(fù)用器(2)進(jìn)入所述的保偏單模單包層摻銩光纖(4)對所述的種子激光進(jìn)行放大后由所述的分束器(6)分為兩部分:一部分經(jīng)過所述的輸出端(7)輸出，另一部分經(jīng)濾波器(8)和聲光調(diào)制器(9)后進(jìn)入所述的激光晶體(11 )，所述的半導(dǎo)體泵浦源(10)輸出的泵浦光注入所述的激光晶體(11)進(jìn)行固體放大，所述的泵浦源(3 )、( 10 )功率是連續(xù)可調(diào)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量混合式摻銩脈沖放大器，其特征在于:所述的種子源(I)是具有較好單頻特性的連續(xù)線性腔結(jié)構(gòu)的固體激光器，線寬窄、穩(wěn)定性高，且具有一定的波長可調(diào)諧性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量混合式摻銩脈沖放大器，其特征在于:所述的光纖泵浦源(3)是單模全光纖結(jié)構(gòu)的鉺鐿共摻光纖激光器,其輸出波長1550nm,輸出功率高達(dá)1.8ff0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能量混合式摻銩脈沖激光單頻放大器，其特征在于:所述的種子源(I)輸出的空間光通過耦合透鏡系統(tǒng)耦合進(jìn)單模光纖中。
【文檔編號】H01S3/131GK103794981SQ201410040946
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】鄭亞萌, 祖繼鋒, 朱韌, 余婷, 孟俊清, 陳衛(wèi)標(biāo) 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所