基于同帶抽運的高功率全光纖mopa結(jié)構(gòu)超熒光光纖光源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于同帶抽運的高功率全光纖MOPA結(jié)構(gòu)超焚光光纖光源。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便等優(yōu)點，在科學(xué)研宄、工業(yè)加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前高功率光纖激光器大多采用具有多級放大鏈的MOPA結(jié)構(gòu)，種子源為半導(dǎo)體激光器或振蕩腔結(jié)構(gòu)光纖激光器。由于半導(dǎo)體激光器及振蕩腔結(jié)構(gòu)光纖激光器輸出具有弛豫振蕩特性，并存在弱鎖?，F(xiàn)象，導(dǎo)致高功率放大過程中容易出現(xiàn)高峰值功率的脈沖，使得受激拉曼散射等非線性效應(yīng)極易產(chǎn)生，可能帶來光纖的不可修復(fù)性損傷，甚至產(chǎn)生“光學(xué)放電”，造成嚴(yán)重?fù)p失。
[0003]超熒光是激光和熒光之間的過渡態(tài)，是放大的自發(fā)輻射(ASE)，具有光譜覆蓋范圍寬、時間相干性低、溫度穩(wěn)定性強(qiáng)等特點，在光學(xué)層析成像、高精度光纖陀螺傳感、光纖通信等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。此外，超熒光光源與激光相比，還具有無模式競爭、無弛豫振蕩、無弱鎖模、極高時域穩(wěn)定性等突出特點。利用稀土摻雜光纖搭建全光纖MOPA結(jié)構(gòu)超熒光光纖光源，可以實現(xiàn)高功率輸出，并兼具光纖激光器和超熒光光源的優(yōu)點，是新型高亮度光纖光源的可選技術(shù)方案，在工業(yè)加工等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0004]目前，高功率超熒光光纖光源主要采用半導(dǎo)體激光器直接抽運稀土摻雜光纖實現(xiàn)超焚光的產(chǎn)生及放大，存在嚴(yán)重的熱效應(yīng)及非線性效應(yīng)等弊端(Xiang Peng, LiangDong.Temperature Dependence of Ytterbium-doped Fiber Amplifiers[J].J.0pt.Soc.Am.B, 2008, 25(I):126 ?130 ；Nathan A.Brilliant, Kalliroi Lagonik.ThermalEffects in a Dual-clad Yetterbium Fiber Laser[J].0PT.Lett, 2001，26(21):1669 ?1671)。此外，現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器抽運源的亮度有限，繼續(xù)提高較為困難(C.A.Codemard，J.Nilsson, and J.K.Sahu.Tandem Pumping of Large-core Double-clad Ytterbium-dopedFiber for Control of Excess Gain[C].Advanced Solid State Photonics,2010 OSATechnical Digest Series:paper.AWA3)o

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于突破半導(dǎo)體激光器抽運源亮度不足對超熒光光纖光源輸出功率的限制，提供一種基于同帶抽運的高功率全光纖MOPA結(jié)構(gòu)超熒光光纖光源。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種基于同帶抽運的高功率全光纖MOPA結(jié)構(gòu)超熒光光纖光源，包括超熒光種子光源、功率預(yù)放大器和同帶抽運功率主放大器。
[0008]其中，超熒光種子光源為高功率MOPA系統(tǒng)提供低功率種子源；功率預(yù)放大器用于將低功率超熒光種子預(yù)放大到合適的功率水平，避免主放大級因種子功率不足帶來的損壞；同帶抽運功率主放大器利用高亮度的同帶抽運激光器模塊對預(yù)放大后的種子光進(jìn)行高增益放大，實現(xiàn)高功率超熒光輸出。
[0009]所述的超焚光種子光源是一種摻鐿光纖放大自發(fā)福射光源，它包括第一剩余抽運光傾灣器、第一側(cè)泵合束器(combiner)、第一多模抽運激光器、第一雙包層摻鐿光纖、第二側(cè)泵合束器、第二剩余抽運光傾瀉器、第一光纖隔離器、第二光纖隔離器，第一剩余抽運光傾瀉器的輸出端切8°斜角以輸出監(jiān)測用ASE，輸入端與第一側(cè)泵合束器的信號纖連接，第一側(cè)泵合束器的每根抽運光注入纖分別與I個第一多模抽運激光器相連，第一側(cè)泵合束器的輸出纖與第一雙包層摻鐿光纖的一端相連，第一雙包層摻鐿光纖的另一端與第二側(cè)泵合束器的輸出端連接，第二側(cè)泵合束器的每根抽運光注入纖分別與I個第一多模抽運激光器相連，第二側(cè)泵合束器的信號纖連接第二剩余抽運光傾瀉器的一端，第二剩余抽運光傾瀉器的另一端與第一光纖隔離器的輸入端相連，第一光纖隔離器的輸出端與第二光纖隔離器的輸入端連接。
[0010]所述的功率預(yù)放大器包括第一(N+l) X I光纖抽運信號合束器(combiner)、第二多模抽運激光器、第二雙包層摻鐿光纖、第三剩余抽運光傾瀉器、第三光纖隔離器，第二光纖隔離器的輸出端與第一(N+l) X I光纖抽運信號合束器的信號纖相連，第一(N+l) X I光纖抽運信號合束器的N根抽運光注入纖分別與I個第二多模抽運激光器連接，第一(N+l) Xl光纖抽運信號合束器的輸出纖與第二雙包層摻鐿光纖的一端相連，第二雙包層摻鐿光纖的另一端與第三剩余抽運光傾瀉器的輸入端連接，第三剩余抽運光傾瀉器的輸出端連接第三光纖隔離器的輸入端。
[0011]所述的同帶抽運功率主放大器包括第二(N+l) X I光纖抽運信號合束器、同帶抽運激光器模塊、第三雙包層摻鐿光纖、第三(N+l) Xl后向抽運信號合束器、第四剩余抽運光傾瀉器和光纖輸出端帽，第三光纖隔離器的輸出端連接第二(N+l) Xl光纖抽運信號合束器的信號纖，第二(N+l) Xl光纖抽運信號合束器的N根抽運光注入纖分別與I組同帶抽運激光器模塊相連，第二(N+l) Xl光纖抽運信號合束器的輸出纖與第三雙包層摻鐿光纖的一端連接，第三雙包層摻鐿光纖的另一端與第三(N+l) Xl后向抽運信號合束器的輸出纖相連，第三(N+l) Xl后向抽運信號合束器的N根抽運光注入纖分別與I組同帶抽運激光器模塊相連，第三(N+l) Xl后向抽運信號合束器的信號纖與第四剩余抽運光傾瀉器的輸入端相連，第四剩余抽運光傾瀉器的輸出端與光纖輸出端帽的輸入端連接。
[0012]本發(fā)明中:
[0013]所述的第一多模抽運激光器以及第二多模抽運激光器的中心波長均為入1，800nm λ I ^ 100nm0
[0014]所述的第一雙包層摻鐿光纖為單模光纖或多模大芯徑光纖，第二雙包層摻鐿光纖和第三雙包層摻鐿光纖為多模大芯徑光纖。
[0015]所述的第一剩余抽運光傾瀉器和第二剩余抽運光傾瀉器為摻鍺的單模光纖或多模大芯徑光纖，其數(shù)值孔徑以及幾何尺寸分別與第一側(cè)泵合束器、第二側(cè)泵合束器匹配。第三剩余抽運光傾瀉器和第四剩余抽運光傾瀉器為摻鍺的多模大芯徑光纖，其數(shù)值孔徑及幾何尺寸分別與第二雙包層摻鐿光纖、第三雙包層摻鐿光纖匹配。
[0016]所述的第一光纖隔離器、第二光纖隔離器的尾纖類型與第二剩余抽運光傾瀉器尾纖的型號相同，承受功率不小于50W，在1050?1150nm范圍內(nèi)增透，以避免隔離器引入反饋造成超熒光種子源自激閾值降低。第三光纖隔離器的光纖類型與第三剩余抽運光傾瀉器尾纖的型號相同，承受功率不小于150W，在1050?1150nm范圍內(nèi)增透。
[0017]所述的第一(N+l) X I光纖抽運信號合束器、第二(N+l) X I光纖抽運信號合束器的信號纖的型號分別與第二光纖隔離器、第三光纖隔離器的尾纖型號相同，第三(N+l) Xl后向抽運信號合束器的信號纖、輸出纖與第三雙包層摻鐿光纖的幾何尺寸、數(shù)值孔徑相同。全部(N+l) X I光纖抽運信號合束器的抽運光注入端為N個，I彡N彡200。
[0018]所述的同帶抽運激光器模塊，其中心波長為λ2，1000ηπι彡λ 2彡1040nm，典型工作波長為1018nm。每個同帶抽運激光器模塊均由7個數(shù)百瓦級振蕩器和一個7 X I抽運光合束器構(gòu)成。
[0019]所述的光纖端帽的尾纖型號與第四剩余抽運光傾瀉器的尾纖型號相同，1050