專利名稱：中紅外摻銩光纖激光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器，特別是一種中紅外摻銩激光光纖放大器。
背景技術(shù)：
光纖激光器于1963年問(wèn)世后，已發(fā)展成為集光纖技術(shù)、耦合技術(shù) 和半導(dǎo)體激光技術(shù)于一體的新興技術(shù)，并以其結(jié)構(gòu)緊湊、高效率、小體 積、長(zhǎng)壽命、使用簡(jiǎn)便免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。高功率 2微米波段激光器在工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和軍事上都有著重要的應(yīng)用，目前 比較有效實(shí)現(xiàn)該波段激光的方法有1、全固態(tài)泵浦的單摻固體激光器 (HO:YAG,Tm:YAG，Tm:YAP等)；2、全固態(tài)泵浦的雙摻固體激光器 (Ho:Tm:YAG,Ho:Tm:LuLiF，Er:Tm:YAG，Tm:Ho:YLF等)；3、 一微米波段 激光通過(guò)0P0技術(shù)得到；4、全固態(tài)泵浦的摻銩或摻鈥光纖激光器；上述 前三種方法或由于固體激光晶體的熱效應(yīng)或者泵浦吸收帶過(guò)窄等問(wèn)題， 導(dǎo)致斜率效率不高；有些無(wú)法實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧激光輸出；有的泵浦源需要1. 9 微米波段；0P0效率不高等不足。全固態(tài)泵浦的摻銩光纖激光器由于采 用光纖介質(zhì)，且具有交叉弛豫特性，容易獲得高斜效率的激光輸出；輸 出激光為寬帶可調(diào)諧；泵浦源為成熟的790nm波段二極管；但需要通過(guò) 選頻或二級(jí)泵浦技術(shù)，這個(gè)通常導(dǎo)致效率低下的問(wèn)題。目前獲得高功率 中紅外摻銩光纖激光輸出在于如何降低摻銩光纖的熱問(wèn)題以及如何把更 多的泵浦功率輸送到摻銩光纖中去。摻銩光纖的熱問(wèn)題主要集中在光纖 輸入端面處，常用的方法是對(duì)光纖輸入端面部分采用傳導(dǎo)或直接水冷卻， 但由于光纖端面通常僅為幾百微米芯徑數(shù)十厘米長(zhǎng)，很難兼顧到冷卻和 泵浦；為此我們提出一種新型高功率中紅外摻銩光纖放大器，利用摻銩 光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)外腔種子注入的方式來(lái)獲得中紅外激光的 時(shí)空特性，避免選頻和二級(jí)泵浦產(chǎn)生的使用功率減少問(wèn)題；采用多路耦 合器方式提高泵浦到光纖的功率并兼顧到解決了冷卻問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種中紅外摻銩 光纖激光放大器，該光纖激光放大器應(yīng)具有較好的散熱特性，提高泵浦 功率，以獲得高功率中紅外激光輸出。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種中紅外慘銩光纖激光放大器，采用外腔種子注入的方式，N個(gè)
激光二極管(LD)做泵浦源，采用N+l多路耦合器把泵浦光引入來(lái)泵
浦雙包層摻銩光纖，該雙包層摻銩光纖做放大介質(zhì)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)
一種中紅外摻銩光纖激光放大器，該光纖激光放大器由種子光源、 光隔離器、聚焦透鏡、泵浦光源、多路光纖耦合器、雙包層摻銩光纖、 準(zhǔn)直透鏡和分束片構(gòu)成，其位置關(guān)系是在所述的種子光源的激光輸出 方向依次是光隔離器、聚焦透鏡、多路光纖耦合器、雙包層摻銩光纖、 準(zhǔn)直透鏡和分束片，所述的多路光纖耦合器，寫(xiě)為N+1光纖耦合器，由 N根泵浦光纖通過(guò)耦合器和一根種子光纖組合而成，所述的泵浦光源分 別與所述的多根泵浦光纖連接，所述的種子光纖的輸入端與位于所述的 聚焦透鏡的焦點(diǎn)，該種子光纖的輸出端與所述的雙包層摻銩光纖相焊接， 該雙包層慘銩光纖的另一端位于所述的準(zhǔn)直透鏡的前焦點(diǎn)，所述的分束
片是鍍有對(duì)泵浦光45。全反和對(duì)種子光波長(zhǎng)增透的介質(zhì)膜，該分束片與
所述的準(zhǔn)直透鏡的輸出光束呈45°設(shè)置。
所述的種子光纖的輸入端面鍍有對(duì)種子光的增透膜。 所述的泵浦光源為793nm激光二級(jí)管，或者1568nm的摻Er光纖激光器。
所述的種子光源為2微米波段小型連續(xù)固體激光器、或2微米波段 小型脈沖固體激光器、或增益調(diào)制的摻銩光纖激光器。 本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1、 與通常的固體激光器相比，光纖放大器具有優(yōu)異的散熱特性；
2、 采用多端N+1泵浦放大結(jié)構(gòu)，以減輕單根光纖纖芯所承受的熱功 率密度，并能有效地增加泵浦到作為放大介質(zhì)的摻銩光纖中的功率；
3、 采用種子注入方式，控制放大器的時(shí)間特性、空間特性和方向性， 解決了高功率中紅外激光光柵選頻的效率低下和損傷問(wèn)題，同時(shí)作為
3-12微米激光器的泵浦源時(shí)，避免需二級(jí)泵浦來(lái)獲得脈沖光等問(wèn)題；
4、 采用泵浦光纖與摻銩光纖直接焊接的泵浦耦合方式，可避免直接 泵浦到摻銩光纖端面時(shí)產(chǎn)生的高熱難以冷卻的問(wèn)題；


圖1為本發(fā)明高功率中紅外摻銩光纖放大器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是8+1路光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖中1一種子源；2 —隔離器；3 —聚焦透鏡；4一泵浦光源；5_8+1 路光纖耦合器；6 —雙包層摻銩光纖；7 —準(zhǔn)直透鏡；8 —分束片；9一泵 浦光纖；IO —泵浦光纖；ll一泵浦光纖；12 —泵浦光纖；13 —耦合器； 14 —種子光纖；15 —泵浦光纖；16 —泵浦光纖；17 —泵浦光纖；18 —泵 浦光纖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1和圖2，圖1為本發(fā)明高功率中紅外摻銩光纖放大器的 結(jié)構(gòu)示意圖，是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是8+l路 光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明中紅外摻銩光纖激光放大器， 由種子光源l、光隔離器2、聚焦透鏡3、泵浦光源4、多路光纖耦合器 5、雙包層摻銩光纖6、準(zhǔn)直透鏡7和分束片8構(gòu)成，其位置關(guān)系是在 所述的種子光源1的激光輸出方向依次是光隔離器2、聚焦透鏡3、多路 光纖耦合器5、雙包層摻銩光纖6、準(zhǔn)直透鏡7和分束片8，所述的多路 光纖耦合器5由多根泵浦光纖9、 10、 1、 12、 15、 16、 17、 18通過(guò)耦合 器13和一根種子光纖14組合構(gòu)成，所述的泵浦光源4是由多個(gè)激光二 極管組成，分別與所述的多根泵浦光纖9、 10、 1、 12、 15、 16、 17、 18 連接，所述的種子光纖14的輸入端與位于所述的聚焦透鏡3的焦點(diǎn)，該 種子光纖14的輸出端與所述的雙包層摻銩光纖6相焊接，該雙包層摻銩
光纖6的另一端位于所述的準(zhǔn)直透鏡7的前焦點(diǎn)，所述的分束片8是鍍 有對(duì)泵浦光45度全反和對(duì)種子光波長(zhǎng)增透的介質(zhì)膜，該分束片8與所述 的準(zhǔn)直透鏡7的輸出光束呈45°設(shè)置。所述的種子光纖14的輸入端面 鍍有對(duì)種子光的增透膜。所述的泵浦光源為793nm激光二級(jí)管，或者 1568nm的摻Er光纖激光器。
所述的種子光源1為2微米波段小型連續(xù)固體激光器、或2微米波 段小型脈沖固體激光器、或增益調(diào)制的摻銩光纖激光器。
如圖2所示的為8+1路光纖耦合器5，可以輸入8路泵浦光到光纖中， 與通過(guò)種子光纖14的種子光經(jīng)耦合器13耦合后從種子光纖14的B端輸 出，B端與雙包層摻銩光纖6的一端相焊接；6為雙包層摻銩光纖；7為 準(zhǔn)直透鏡；8為分束片，鍍有對(duì)泵浦光45度全反和2微米增透的介質(zhì)膜。
其中工作過(guò)程為種子光1和多路泵浦光4經(jīng)過(guò)多路光纖耦合器5對(duì) 雙包層摻銩光纖6進(jìn)行泵浦和種子光注入；其中通過(guò)種子注入來(lái)控制放 大器的時(shí)間特性、空間特性和方向性；由于多路光纖耦合器5的特殊結(jié) 構(gòu)，能有效降低光纖端面單位面積承受的泵浦功率密度，降低熱效應(yīng)的 影響，接受更多的泵浦光；雙包層摻銩光纖14的B端與雙包層摻銩光纖 6的一端相焊接，這樣可以對(duì)雙包層摻銩光纖6進(jìn)行整體冷卻，有效解 決摻銩光纖輸入端面難以很好冷卻的問(wèn)題，可以解決介質(zhì)光纖的熱問(wèn)題。 雙包層摻銩光纖6作為放大增益介質(zhì)并傳輸激光。產(chǎn)生的中紅外激光經(jīng) 準(zhǔn)直透鏡7準(zhǔn)直輸出后由分束片8分光后作為高功率3-12微米激光器的 泵浦源或直接應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、遙感技術(shù)、光通訊、雷達(dá)上。
不同的泵浦功率可以得到不同功率的激光輸出、選擇不同的種子源 可以得到不同的輸出光譜，連續(xù)或脈沖的中紅外激光。若采用光纖種子 源，還可以實(shí)現(xiàn)全光纖化中紅外摻銩光纖放大器?？傊景l(fā)明激光器 具有較好的散熱特性，提高了泵浦功率，可以獲得高功率中紅外激光輸 出。
權(quán)利要求
1、一種中紅外摻銩光纖激光放大器，其特征在于由種子光源(1)、光隔離器(2)、聚焦透鏡(3)、泵浦光源(4)、多路光纖耦合器(5)、雙包層摻銩光纖(6)、準(zhǔn)直透鏡(7)和分束片(8)構(gòu)成，其位置關(guān)系是在所述的種子光源(1)的激光輸出方向依次是光隔離器(2)、聚焦透鏡(3)、多路光纖耦合器(5)、雙包層摻銩光纖(6)、準(zhǔn)直透鏡(7)和分束片(8)，所述的多路光纖耦合器(5)由多根泵浦光纖(9、10、1、12、15、16、17、18)通過(guò)耦合器(13)和一根種子光纖(14)組合構(gòu)成，所述的泵浦光源(4)分別與所述的多根泵浦光纖(9、10、1、12、15、16、17、18)連接，所述的種子光纖(14)的輸入端與位于所述的聚焦透鏡(3)的焦點(diǎn)，該種子光纖(14)的輸出端與所述的雙包層摻銩光纖(6)相焊接，該雙包層摻銩光纖(6)的另一端位于所述的準(zhǔn)直透鏡(7)的前焦點(diǎn)，所述的分束片(8)是鍍有對(duì)泵浦光45度全反和對(duì)種子光波長(zhǎng)增透的介質(zhì)膜，該分束片(8)與所述的準(zhǔn)直透鏡(7)的輸出光束呈45°設(shè)置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中紅外摻銩光纖激光放大器，其特征在于 所述的種子光纖(14)的輸入端面鍍有對(duì)種子光的增透膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中紅外摻銩光纖激光放大器，其特征在于 所述的泵浦光源為793nm激光二級(jí)管，或者1568nm的摻Er光纖激光器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中紅外摻銩光纖激光放大器，其特征在于 所述的種子光源(1)為2微米波段小型連續(xù)固體激光器、或2微米波段 小型脈沖固體激光器、或增益調(diào)制的摻銩光纖激光器。
全文摘要
一種中紅外摻銩光纖激光放大器，該光纖激光放大器由種子光源、光隔離器、聚焦透鏡、泵浦光源、多路光纖耦合器、雙包層摻銩光纖、準(zhǔn)直透鏡和分束片構(gòu)成，其位置關(guān)系是在所述的種子光源的激光輸出方向依次是光隔離器、聚焦透鏡、多路光纖耦合器、雙包層摻銩光纖、準(zhǔn)直透鏡和分束片，所述的多路光纖耦合器的種子光纖的輸入端與位于所述的聚焦透鏡的焦點(diǎn)，種子光纖的輸出端與所述的雙包層摻銩光纖相焊接，該雙包層摻銩光纖的另一端位于所述的準(zhǔn)直透鏡的前焦點(diǎn)，所述的分束片與所述的準(zhǔn)直透鏡的輸出光束呈45°設(shè)置。本發(fā)明具有較好的散熱特性，提高了泵浦功率，可以獲得高功率中紅外激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/10GK101340053SQ20081004164
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者婷 余, 軍 周, 趙宏明, 陳衛(wèi)標(biāo) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所