CN103794981A - 高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器 - Google Patents

Abstract

一种高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器，包括：种子源、波分复用器、光纤泵浦源、保偏单模单包层掺铥光纤、隔离器、分束器、输出端、滤波器、声光调制器、半导体泵浦源和激光晶体。本发明具有结构简单，系统稳定的优点，利用光纤-固体相结合的方法，前级采用光纤放大，有效地提高了小信号的放大能力，后级采用晶体放大，发挥了固体激光易于产生低重频脉冲光的优势，有效地避免了高功率下光纤放大中较容易出现的非线性效应，从而实现低重频高能量的脉冲输出，具有较大的应用前景。

Description

高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器

技术领域

本发明涉及掺铥激光放大器，特别是一种高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器。

背景技术

掺铥光纤激光器波长范围位于水分子吸收峰，具有对人眼安全的特点，在外科手术、遥感、工业加工、大气光通讯等方面具有广泛的应用价值和应用前景，特别是对高能量单频激光的输出的需求显得更为迫切。而目前掺铥激光器、放大器多数为连续输出，有关脉冲输出的激光器报道很少。Q-peak公司已经报道了超过1kW的掺铥光纤激光器，连续单频输出也达到了608W，但连续掺铥光纤激光器的功率密度及峰值功率还是比较低，如果从实际应用的角度出发，脉冲工作的掺铥光纤激光器更有实用价值，因此高能量单频激光输出成为一个重要发展趋势。目前，少数脉冲输出的掺铥激光器输出线宽较宽，输出能量较低，NP Photonics搭建的单频掺铥全光纤激光器实现单脉冲能量220μJ激光输出，为目前全光纤结构单频输出最高值。但有关2μm混合式掺铥脉冲激光单频放大器还未有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对应用需求，提出一种高能量混合式掺铥脉冲放大器，该放大器能实现高能量、低重频、单频激光输出，具有结构紧凑，稳定性好和实用性强的特点。

本发明的技术解决方案是：

一种高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器，特点在于其构成包括：种子源、波分复用器、光纤泵浦源、保偏单模单包层掺铥光纤、隔离器、分束器、输出端、滤波器、声光调制器、半导体泵浦源和激光晶体，所述的种子源输出的连续种子激光经所述的波分复用器进入所述的保偏单模单包层掺铥光纤，所述的光纤泵浦源输出的泵浦光经所述的波分复用器进入所述的保偏单模单包层掺铥光纤对所述的种子激光进行放大后由所述的分束器分为两部分：一部分经过所述的输出端输出，另一部分经滤波器和声光调制器后进入所述的激光晶体，所述的半导体泵浦源输出的泵浦光注入所述的激光晶体进行固体放大，所述的泵浦源、半导体泵浦源的功率是连续可调的。

所述的种子源是具有较好单频特性的连续线性腔结构的固体激光器，线宽窄、稳定性高，且具有一定的波长可调谐性。

所述的光纤泵浦源是单模全光纤结构的铒镱共掺光纤激光器，其输出波长1550nm，输出功率高达1.8W。

所述的种子源输出的空间光通过耦合透镜系统耦合进单模光纤中。所述的种子源采用具有较好单频特性的连续线性腔结构的固体激光器，线宽窄、稳定性高，且具有一定的波长可调谐性。

所述的种子源能够实现连续单频100mW激光稳定输出，输出激光线宽小于70MHz，波长2051nm～2057nm可调谐，输出光谱如图3所示。实验所用扫描干涉仪的自由光谱范围（FSR）为3.75GHz，于是由图2可知信号单峰宽度约为70MHz，这正是扫描干涉仪本身滤波带宽的量级。据此可预计种子激光器的谱线宽度将小于70MHz。

所述的增益光纤为保偏单模单包层掺铥光纤，具有较高的吸收系数。

所述的光纤泵浦源是波长为单模全光纤结构铒镱共掺光纤激光器，输出波长1550nm，采用同带泵浦的方式泵浦增益光纤。

所述的激光晶体为铥钬共掺激光晶体，其晶体通光面镀有增透膜，输出耦合镜对泵浦光波长高透，对激光波长部分反射。

本发明的工作原理是：

所述的混合式放大器主要由种子源，光纤放大部分和晶体放大部分三部分构成。单频种子源输出的空间激光通过光束耦合器耦合进波分复用器信号纤中，铒镱共掺光纤激光器作为泵源与波分复用器的泵浦纤相连，同带泵浦掺铥光纤，经光纤放大的连续光通过声光调制器斩波为低重频的脉冲光，具有一定量级放大的信号光利用传统的晶体放大方式获得进一步放大，从而实现高能量、低重频、单频激光脉冲输出。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明采用典型的MOPA放大结构，采用光纤-固体相结合的放大方式，可以有效地提高激光输出功率，从而获得高单脉冲能量、高光束质量的激光输出。放大器输出的光谱特性主要取决于种子源的光谱特性。种子源采用具有较好单频特性的连续线性腔结构的固体激光器，输出功率100mW，线宽窄、稳定性高，且具有一定的波长可调谐性。放大级采用光纤-固体相结合的方法，小信号情况下选用单模光纤放大，提高了小信号的提取能力，同时保证了激光的单模特性，随着输出功率的提高，光纤放大不可避免地会产生一些非线性效应，在一定程度上限制了输出功率的增加，此时采用固体放大可避免非线性效应的产生，同时，固体放大发挥其易于产生脉冲光和工艺结构比较成熟的优势，使得输出功率得到进一步提升。

附图说明

图1为本发明高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器的结构示意图。

图2为本发明高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器共焦球面扫描干涉仪所测得的单纵模运转时种子激光器频谱。

图3为本发明高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器种子激光器输出光谱。

具体实施方式

先请参阅图1，图1为本发明高能量混合式掺铥脉冲放大器的结构示意图。由图可见，本发明高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器，包括：种子源1、波分复用器2、光纤泵浦源3、保偏单模单包层掺铥光纤4、隔离器5、分束器6、输出端7、滤波器8、声光调制器9、半导体泵浦源10和激光晶体11，所述的种子源1输出的连续种子激光经所述的波分复用器2进入所述的保偏单模单包层掺铥光纤4，所述的光纤泵浦源3输出的泵浦光经所述的波分复用器2进入所述的保偏单模单包层掺铥光纤4对所述的种子激光进行放大，后由所述的分束器6分为两部分：一部分经过所述的输出端7输出，另一部分经滤波器8和声光调制器9后进入所述的激光晶体11，所述的半导体泵浦源10输出的泵浦光注入所述的激光晶体11进行固体放大，所述的泵浦源3、半导体泵浦源10功率是连续可调的。

所述的种子源1是具有较好单频特性的连续线性腔结构的固体激光器，线宽窄、稳定性高，且具有一定的波长可调谐性。

所述的光纤泵浦源3是单模全光纤结构的铒镱共掺光纤激光器，其输出波长1550nm，输出功率高达1.8W。

所述的种子源（1）输出的空间光通过耦合透镜系统耦合进单模光纤中。采用输出波长2μm、具有良好单频特性的连续输出的线性腔结构的固体激光器作为种子源，利用光纤熔接机将光纤泵浦源3与波分复用器2的泵浦纤熔接，该泵浦源是全光纤结构的铒镱共掺单模激光器，输出波长1550nm，采用保偏单包层单模掺铥光纤，其最大直径为125μm，纤芯直径为9μm，对于1550nm泵浦光的吸收系数为7.8dB/m。激光晶体11为Tm,Ho:LuLF晶体，半导体泵源10为中心波长793nm的激光二极管多模泵浦源。

Claims (4)

1.一种高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器，特征在于其构成包括：种子源（1）、波分复用器（2）、光纤泵浦源（3）、保偏单模单包层掺铥光纤（4）、隔离器（5）、分束器（6）、输出端(7)、滤波器（8）、声光调制器（9）、半导体泵浦源（10）和激光晶体（11），所述的种子源（1）输出的连续种子激光经所述的波分复用器（2）进入所述的保偏单模单包层掺铥光纤（4），所述的光纤泵浦源（3）输出的泵浦光经所述的波分复用器（2）进入所述的保偏单模单包层掺铥光纤（4）对所述的种子激光进行放大后由所述的分束器（6）分为两部分：一部分经过所述的输出端（7）输出，另一部分经滤波器（8）和声光调制器（9）后进入所述的激光晶体（11），所述的半导体泵浦源（10）输出的泵浦光注入所述的激光晶体（11）进行固体放大，所述的泵浦源（3）、（10）功率是连续可调的。

2.根据权利要求1所述的高能量混合式掺铥脉冲放大器，其特征在于：所述的种子源（1）是具有较好单频特性的连续线性腔结构的固体激光器，线宽窄、稳定性高，且具有一定的波长可调谐性。

3.根据权利要求1所述的高能量混合式掺铥脉冲放大器，其特征在于：所述的光纤泵浦源（3）是单模全光纤结构的铒镱共掺光纤激光器，其输出波长1550nm，输出功率高达1.8W。

4.根据权利要求1所述的高能量混合式掺铥脉冲激光单频放大器，其特征在于：所述的种子源（1）输出的空间光通过耦合透镜系统耦合进单模光纤中。

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