一种基于色散管理的新型窄线宽高功率光纤激光产生装置与方法

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，具体地涉及一种基于色散管理的新型窄线宽高功率光纤激光产生装置与方法。

背景技术

窄线宽高功率光纤激光在光束合成、激光倍频、激光通信等领域具有重要应用。对于一般的窄线宽种子源，在激光功率放大过程中，输出光谱宽度随之展宽，无法在高功率输出时保持窄线宽特性。有学者提出了一种单频光相位调制的方法，通过对单频种子源进行相位调制而实现光谱展宽，再对展宽后的信号进行功率放大。这种方法可以在获得高功率激光输出的同时保持激光线宽在较窄量级。但是这种方案需要多个射频信号源、电光相位调制器和相应的电路控制模块，结构复杂，成本高，可靠性不足。因此，发展新型的结构简单、性能稳定、成本低的窄线宽高功率光纤激光系统成为一个重要研究方向。

发明内容

本发明的提出一种基于色散管理的新型窄线宽高功率光纤激光产生装置与方法，能够得到较窄线宽的高功率激光输出，相比于现有的技术方案，具有全光纤化、结构简单、成本低的优势，为窄线宽高功率激光器的大规模应用奠定基础。

其具体技术方案为：

一种基于色散管理的新型窄线宽高功率光纤激光产生装置，其特征在于：所述激光产生装置主要包括超荧光源种子101，所述超荧光源种子101用于产生激光信号；

窄线宽滤波模块102，所述激光信号经过窄线宽滤波模块102得到特定中心波长的窄线宽激光；

色散管理模块103，所述色散管理模块103用于将激光信号带宽内在色散效应影响下改变不同波长的相位；

激光功率放大模块104，所述激光功率放大模块104用于将非线性效应的强度减弱，抑制了光谱展宽的速度，提升激光功率。

前述模块之间使用光纤依次连接。

进一步地，所述超荧光源种子101由增益光纤201、泵浦信号合束器202、半导体泵浦源203组成，所述半导体泵浦源203输出的泵浦光通过所述泵浦信号合束器202注入增益光纤201之中。

进一步地，所述增益光纤201为掺镱增益光纤。

进一步地，所述增益光纤201的端面经过切斜角处理。

进一步地，所述窄线宽滤波模块102由光纤光栅204或体布拉格光栅或面光栅或啁啾光纤光栅209组成。

进一步地，所述色散管理模块103由无源光纤206或者啁啾光纤光栅209与光纤环形器205组成。

进一步地，所述无源光纤206为不少于4km长的G652D光纤。

进一步地，所述激光功率放大模块104根据需要由一个或多个光纤功率放大结构构成，每个所述光纤功率放大结构包括半导体泵浦源203、泵浦信号合束器202、增益光纤201、包层光剥离器207，各光纤功率放大结构之间熔接有光纤隔离器208。

一种基于权利要求上述任一所述的一种基于色散管理的新型窄线宽高功率光纤激光产生装置的激光产生方法如下：

步骤1：所述超荧光源种子101产生宽带激光信号；

步骤2：经过所述窄线宽滤波模块102后得到特定中心波长的窄线宽激光；

步骤3：经过所述色散管理模块103后，激光信号带宽内不同波长的相位在色散效应影响下改变量不同，在所述激光功率放大模块104中，非线性效应的强度减弱，抑制了光谱展宽的速度，从而产生窄线宽高功率激光。

本发明带来的有益效果：

本发明提供了一种基于色散管理的新型窄线宽高功率光纤激光产生装置与方法，通过色散管理的办法，改变了传统的窄线宽种子激光信号中各个子波长间的相位关系，从而减弱功率放大级中非线性效应的强度，抑制激光功率放大级中光谱展宽的速度，得到较窄线宽的高功率激光输出。本发明具有全光纤化、结构简单、成本低的优势，为窄线宽高功率激光器的大规模应用奠定基础。

附图说明

图1是新型的窄线宽高功率光纤激光装置的结构示意框图；

图2是本发明的一个实施例所述激光产生装置的示意图；

图3是本发明的一个实施例所述激光产生装置的示意图。

附图标记说明：

101、超荧光源种子；102、窄线宽滤波模块；103、色散管理模块；104、激光功率放大模块；201、增益光纤；202、泵浦信号合束器；203、半导体泵浦源；204、光纤光栅；205、光纤环形器；206、无源光纤；207、包层光剥离器；208、光纤隔离器；209、啁啾光纤光栅。

具体实施方式

为使本发明方法的实施方式更加明确清晰，以下将结合附图和实施例，对本发明做详细的解释说明。此处所描述的具体实施例子仅用于解释本发明，并不限制要求保护的发明范围。

如图1所示为本发明所述的基于色散管理的窄线宽高功率光纤激光产生装置示意框图，本发明主要由四个模块构成：超荧光源种子101、窄线宽滤波模块102、色散管理模块103，功率放大模块104。各个模块通过光纤依次连接。根据不同的实施案例，各模块的组成方式不同。

所述超荧光源种子101产生宽带激光信号，经过所述窄线宽滤波模块102后得到特定中心波长的窄线宽激光。经过色散管理模块103后，激光信号带宽内不同波长的相位在色散效应影响下改变量不同，因此在后续的功率放大模块104中，非线性效应的强度减弱，抑制了光谱展宽的速度，从而产生窄线宽高功率激光。

实施例一：

本实施例所示的激光产生装置结构示意图如图2所示。

本实施例中的超荧光源种子101主要由增益光纤201、泵浦信号合束器202、半导体泵浦源203。所述半导体泵浦源203输出的976nm的泵浦光通过所述泵浦信号合束器202注入增益光纤201之中。本实施例采用的所述增益光纤201为掺镱增益光纤，本实施例将所述增益光纤201的端面切斜角处理，减小返回光的比例，使得所述增益光纤201工作在自发辐射状态，输出1030nm-1090nm范围内的宽谱的非相干光。

本实施例中的窄线宽滤波模块102主要由光纤环形器205、光纤光栅204组成，所述种子源输出的宽谱激光从所述光纤环形器205的端口1进入，所述光纤光栅204的中心波长，可以通过温度或者应力的变化进行亚纳米量级的调谐，从而得到中心波长可调的窄线宽种子源。所述窄线宽滤波模块102使用的光谱滤波元件还可以是光纤光栅204、体布拉格光栅、面光栅或者其他可以实现窄线宽滤波功能的光学器件。

本实施例的色散管理模块103主要由无源光纤206组成，在本例中所述无源光纤206采用4km长的G652D光纤，利用所述无源光纤206的色散效应，达到本发明所要求的色散效果。由于所述无源光纤206中同时存在非线性效应，所述色散管理模块103输出的激光光谱宽度展宽至0.12nm。

本实施例中的所述激光功率放大模块104主要由半导体泵浦源203、泵浦信号合束器202、增益光纤201、包层光剥离器207、光纤隔离器208组成。本例中采用四级功率放大结构，将输出功率逐步提升至1kW。所述包层光剥离器207用来剥离未吸收的残余泵浦光和泄露到包层中的高阶模激光信号，所述光纤隔离器208用来保护前一级的光器件不被后级的反向回光打坏。经过四级功率放大后，输出激光功率达到1kW，光谱线宽为0.16nm。

实施例二：

如实施例一所述，采用长距离的无源光纤作为色散管理模块103。在本例中将采用另一种方法构成窄线宽滤波模块102和色散管理模块103。

激光产生装置具体结构如图3所示。超荧光源种子101的结构、原理与实施例一相同，在此不作赘述。

本实施例中的窄线宽滤波模块102采用的器件为光纤环形器205、啁啾光纤光栅209，所述啁啾光纤光栅209的折射率调制周期在光纤轴向上线性或非线性地变化，插入损耗小、色散补偿量大、数厘米长就可以补偿百公里以上光纤产生的色散。使用所述啁啾光纤光栅209作为滤波器件，可以同时完成所述窄线宽滤波模块102和所述色散管理模块103两个模块的功能。级联两个光纤环形器205和啁啾光纤光栅209组成的窄线宽滤波模块102，得到高光谱信噪比的信号光，经与实施例一中相同结构的四级功率放大器，将激光功率提升至1kW。

本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明，本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。