一種利用摻鉺隨機(jī)光纖激光器的摻銩光纖激光泵浦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及摻銩光纖激光器/放大器，是一種利用摻鉺隨機(jī)光纖激光器泵浦摻銩 光纖激光器/放大器從而獲得高功率摻銩光纖激光輸出的新型泵浦方法。 技術(shù)背景
[0002] 摻銩光纖激光具有超寬發(fā)射譜（1700-2200納米）、覆蓋大氣窗口以及人眼安全等 優(yōu)點(diǎn)，在激光雷達(dá)、紅外對抗、環(huán)境監(jiān)測、材料加工、醫(yī)學(xué)護(hù)理、非線性轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有著廣泛 的應(yīng)用前景，成為近年來光纖激光的重要研宄方向。銩離子在790納米、1200納米和1600 納米附近有三個主要的吸收帶。目前高功率摻銩光纖激光輸出采用的主要是790納米半導(dǎo) 體激光器泵浦（最高輸出功率達(dá)到1千瓦）和1567納米摻鉺光纖激光器泵浦（最高輸出 功率達(dá)到415瓦）。由于固有的量子虧損，利用790納米半導(dǎo)體激光器泵浦摻銩光纖激光 器/放大器將產(chǎn)生大量的廢熱，從而大大增加了熱管理的壓力和困難。盡管銩離子的交叉 弛豫效應(yīng)可以將790納米半導(dǎo)體激光器的泵浦效率大幅提高，但光纖的高濃度摻雜也將進(jìn) 一步增加熱管理的難度。利用1200納米附近激光泵浦摻銩光纖激光器/放大器同樣可以 獲得較高的泵浦效率，但相關(guān)的研宄較少，目前公開報道的輸出功率水平只有百瓦量級。利 用1600納米附近摻鉺光纖激光器泵浦摻銩光纖激光器/放大器的方法，由于固有量子虧 損小，可以顯著提高量子效率，降低系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱量，從而有效地降低熱管理的壓力，獲 得熱管理方便的高功率摻銩光纖激光輸出。但高功率摻鉺光纖激光器的發(fā)射波長難以超過 1600納米（銩離子在此波段吸收峰位于1630-1700納米），造成其對應(yīng)的銩離子吸收截面 較小，因此泵浦效率受到了限制。加之摻鉺光纖激光輸出功率相對其他波段泵浦源較低，從 而在獲得更高功率摻銩光纖激光輸出上受到了限制。
[0003] 隨機(jī)光纖激光器是一種新型的光纖激光器，不同于常規(guī)光纖激光器利用光柵或者 端面反射提供的反饋產(chǎn)生激光振蕩，該激光器利用光纖中隨機(jī)的瑞利散射提供反饋，并通 過拉曼效應(yīng)對散射光進(jìn)行放大，最終產(chǎn)生激光振蕩輸出。在閾值附近，隨機(jī)光纖激光器輸出 隨機(jī)的脈沖，且輸出波長也具有一定的隨機(jī)性；泵浦光超過閾值時，隨機(jī)光纖激光器將輸出 連續(xù)激光，且波長也穩(wěn)定在泵浦波長的一級拉曼波長位置。通過改變泵浦波長，可以獲得不 同波長的隨機(jī)激光器輸出。由于不需要光柵提供反饋，隨機(jī)激光器的結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)穩(wěn)定， 且拉曼增益保證了其可觀的轉(zhuǎn)換效率。目前隨機(jī)激光器主要通過摻鐿和摻鉺兩種光纖激光 器作為泵浦源，從而獲得1. 2微米附近或者1. 6微米附近的激光輸出。摻鉺隨機(jī)光纖激光 器具有轉(zhuǎn)換效率高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，且目前的硅基光纖在1600納米波段損耗很低， 為獲得1630-1700納米高功率摻鉺隨機(jī)光纖激光輸出提供了有利條件。通過1530-1590納 米波段摻鉺光纖激光的瑞利散射和拉曼放大效應(yīng)，獲得波長為1630-1700納米的高功率光 纖激光輸出。利用該激光對摻銩光纖激光器/放大器進(jìn)行同帶泵浦，不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而 且量子虧損小、吸收系數(shù)高，從而可以有效地提高泵浦效率和功率，最終獲得高功率的摻銩 光纖激光輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種獲得高功率摻銩光纖激光輸出的新型泵浦方法。該方法利用 摻鉺光纖激光器產(chǎn)生1530-1590納米高功率輸出，通過瑞利散射和拉曼放大效應(yīng)獲得 1630-1700納米高功率隨機(jī)光纖激光輸出，然后對摻銩光纖激光器/放大器進(jìn)行泵浦，由于 該波段銩離子對泵浦光的吸收系數(shù)更高，而且量子虧損更小，因而可以顯著提高泵浦效率， 并最終獲得高功率的摻銩光纖激光輸出。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 一種獲得高功率摻銩光纖激光輸出的新型泵浦方法，利用半導(dǎo)體激光器或者光纖 激光器泵浦，獲得中心波長為1530-1590納米的高功率摻鉺光纖激光輸出；然后將該激光 注入高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器中，獲得高功率的隨機(jī)光纖激光輸出；然 后將多個高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器作為泵浦源，注入摻銩光纖激光器或 者摻銩光纖放大器中，獲得高功率、高效率、熱管理方便的摻銩光纖激光輸出。
[0007] 本發(fā)明中：所述高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器的結(jié)構(gòu)包括依次 連接的泵浦激光器、前級功率合束器、1530-1590納米高反光纖光柵、雙包層摻鉺光纖、 1530-1590納米低反光纖光柵、1630-1700納米高反光纖光柵、和被動光纖。
[0008] 本發(fā)明中：所述摻銩光纖激光器包括依次連接的后級功率合束器、2微米波段高 反光纖光柵、雙包層摻銩光纖和2微米波段低反光纖光柵。一種利用摻鉺隨機(jī)光纖激光器 泵浦摻銩光纖激光器獲得高功率摻銩光纖激光輸出的新型泵浦裝置，包括摻銩光纖激光器 和多個高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器，多個高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī) 光纖激光器均與后級功率合束器連接，后級功率合束器后依次連接2微米波段高反光纖光 柵、雙包層摻銩光纖和2微米波段低反光纖光柵。
[0009] 本發(fā)明中：所述摻銩光纖放大器包括2微米波段光纖激光種子源、信號-泵浦合束 器和雙包層摻銩光纖。一種利用摻鉺隨機(jī)光纖激光器泵浦摻銩光纖放大器獲得高功率摻銩 光纖激光輸出的新型泵浦裝置，包括2微米波段光纖激光種子源和多個高功率1630-1700 納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器，2微米波段光纖激光種子源和多個高功率1630-1700納米摻鉺 隨機(jī)光纖激光器均與信號-泵浦合束器連接，信號-泵浦合束器后連接雙包層摻銩光纖。
[0010] 其中：
[0011] 所述的泵浦激光器可以是976或者915納米的半導(dǎo)體激光器，也可以是波長為 1500納米附近的摻鉺或者鉺/鐿共摻光纖激光器。
[0012] 所述的前級功率合束器可以是nX1的合束器（n為正整數(shù)），且其泵浦臂光纖應(yīng)與 泵浦激光器的光纖相匹配。
[0013] 所述的1530-1590納米高反/低反光纖光柵中心波長Ai可以在1530到1590納 米之間選擇。
[0014] 所述的雙包層摻鉺光纖可以是純摻鉺光纖，也可以是鉺/鐿共摻光纖。
[0015] 所述的1630-1700納米高反光纖光柵的中心波長A2應(yīng)該對應(yīng)于根據(jù)1530-1590 納米高反/低反光纖光柵中心波長計算的一級拉曼波長。計算公式： 「…，i ^ "X? xAu
[0016] ^2=^ + -- - c
[0017] 其中，Au= 13. 2THz為硅基光纖中的拉曼頻移，c為光速。
[0018] 所述的被動光纖可以是單包層光纖，也可以是雙包層光纖。
[0019] 所述的后級功率合束器可以是nX1的合束器（n為正整數(shù)），且其泵浦臂光纖應(yīng)與 1630-1700納米隨機(jī)激光器的被動光纖相匹配。
[0020] 所述的2微米波段高反/低反光纖光柵的中心波長可以在銩的發(fā)射譜（1700-2100 納米）中選擇。
[0021] 所述的2微米波段光纖激光種子源可以是單頻種子源，也可以是寬譜的種子源， 其中心波長可以在銩的發(fā)射譜（1700-2100納米）中選擇。
[0022] 所述的信號-泵浦合束器可以是（n+1)X1的信號-泵浦合束器（n為正整數(shù)），且 其泵浦臂光纖應(yīng)與1630-1700納米隨機(jī)激光器的被動光纖相匹配，信號臂光纖與2微米波 段光纖激光種子源輸出光纖相匹配。
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)效果是：
[0024] 本發(fā)明利用1630-1700納米波段摻鉺隨機(jī)光纖激光器泵浦摻銩光纖激光器/放大 器，在有效降低熱管理壓力的同時，獲得高功率、高效率的摻銩光纖激光輸出，是提高摻銩 光纖激光輸出功率新的有效途徑，具有重要的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明中高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0026] 圖2為本發(fā)明中利用摻鉺隨機(jī)光纖激光器泵浦摻銩光纖激光器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖，
[0027] 圖3為本發(fā)明中利用摻鉺隨機(jī)光纖激光器泵浦摻銩光纖放大器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖，
[0028] 其中各標(biāo)號表示：1_1 :1#泵浦激光器；1-2 :2#泵浦激光器；1-3:前級功率合束 器；1-4 :1530-1590納米高反光纖光柵；1-5 :雙包層摻鉺光纖；1-6 :1530-1590納米低反光 纖光柵；1-7 :1630-1700納米高反光纖光柵；1-8 :被動光纖；l-a、l#高功率1630-1700納 米摻鉺隨機(jī)光纖激光器；l_b、2#高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器；l-c、3#高功 率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器；l-d、4#高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光 器；l-e、5#高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器；l-f、6#高功率1630-1700納米摻 鉺隨機(jī)光纖激光器；l_g、7#高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器；2、后級功率合束 器；3、2微米波段高反光纖光柵；4、雙包層摻銩光纖；5、2微米波段低反光纖光柵；6、2微米 波段光纖激光種子源；7、信號-泵浦合束器。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明提供一種獲得高功率摻銩光纖激光輸出的新型泵浦方法，其利用半導(dǎo)體激 光器或者光纖激光器泵浦，獲得中心波長為1530-1590納米的高功率摻鉺光纖激光輸出； 然后將該激光注入高功率1630-1700納米隨機(jī)光纖激光器中，獲得高功率的隨機(jī)光纖激光 輸出；然后將多個高功率1630-1700納米摻鉺隨機(jī)光纖激光器作為泵浦源，注入摻銩光纖 激光器或者摻銩光纖放大器中，獲得高功率、高效率、熱管理方便的摻銩光纖激光輸出。