泵浦激光反射放大系统的制作方法

1.本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及主振荡功率放大结构放大领域，具体是指一种泵浦激光反射放大系统。


背景技术：

2.光纤激光器本质是波长转换器，可将泵浦波长转换为特定波长的光，并以激光形式输出。光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽。此外光纤具有很好的柔韧性，因此光纤激光器具有小巧灵活，结构紧凑，性价比较高，且易于系统集成的特点。
3.目前脉冲光纤激光器通常采用mopa(master oscillator power amplifier，主振荡功率放大)的结构，将具有高光束质量的种子信号光和泵浦光,通过一定的方式耦合进入双包层光纤中进行放大,从而实现对种子光源的高功率放大。采用mopa技术所得到的输出光具有稳定可变的时域、频域特性并且在保持良好的光束质量的同时又实现了高功率、高能量输出。
4.对于脉冲激光器，功率提升主要依靠单级甚至多级功率放大器。设计放大器时主要考虑的因素包括，输出平均功率、单级增益、信噪比以及非线性效应等。放大器有多种构型和分类，按照泵浦激光和信号激光传输方向区分，可以分为正向泵浦放大器(泵浦从放大器前端注入，与信号同向传输)、反向泵浦放大器(泵浦从放大器后端注入，与信号反向传输)和双向泵浦放大器(泵浦从放大器两侧注入)。反向泵浦放大器优点是泵浦转换效率高，但是osnr(optical signal noise ratio，光信噪比)较差。在实际应用中，如何兼顾转换效率和osnr指标是最值得关注的要点。此外，由于铒纤吸收效率的限制，不可避免会有泵浦光泄露，影响泵浦光转换效率，根据此方面提高转换效率也十分重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足结构简单、转换效率高、适用范围较为广泛的泵浦激光反射放大系统。
6.为了实现上述目的，本发明的泵浦激光反射放大系统如下：
7.该泵浦激光反射放大系统，其主要特点是，所述的系统包括种子光源、泵浦光反射器件、掺杂增益光纤、泵浦合束器、多模泵浦激光器和后置隔离器，所述的泵浦光反射器件连接在种子光源和掺杂增益光纤之间，所述的泵浦合束器与掺杂增益光纤相连，所述的多模泵浦激光器的输出端与泵浦合束器相连，所述的后置隔离器与泵浦合束器相连；所述的种子光源发出特定波长及特定带宽的小功率激光光源作为信号光；所述的泵浦光反射器件用于反射增益光纤未吸收完全的泵浦光；所述的掺杂增益光纤用于将进入增益光纤的种子光源激光增益放大，将进入的泵浦光能量通过受激辐射的方式转换成所需的信号光波长，所述的泵浦合束器将泵浦光耦合进入掺杂增益光纤中，所述的多模泵浦激光器产生泵浦光，激励掺杂增益光纤中的掺杂离子，所述的后置隔离器用于使光信号只能正向传输。
8.较佳地，所述的种子光源的内部封装有用于隔离反射光的双极隔离器，所述的双极隔离器用于隔离反射光，只允许种子光源激光单向传输，防止放大级端的背向光进入种子光源。
9.较佳地，所述的种子光源提供的脉冲信号光波长为1.3μm或1.5μm。
10.较佳地，所述的泵浦光反射器件在尾端涂有一层增透膜，所述的增透膜相对于信号光波长低反射率，且相对于泵浦光波长高反射率。
11.较佳地，所述的掺杂增益光纤为铒镱共掺增益光纤，或为包括掺铒、掺镱、掺铥的离子掺杂的增益光纤。
12.较佳地，所述的多模泵浦激光器提供930～980nm波段或1480nm波段的泵浦光。
13.采用了本发明的泵浦激光反射放大系统，通过泵浦反射器件将增益光纤第一次没有吸收完全的泵浦光重新反射回去，以正向泵浦放大的方式再次将耦合进入增益光纤放大种子光源产生的信号光，只使用一只泵浦完成了对增益光纤的双向放大。与常规的反向光纤激光放大器相比，将之前浪费了的泵浦泄露光重新利用，不仅提高了光纤激光放大器的稳定性，同时也大大提高了光纤激光放大器的osnr，提高了输出光的质量。同时，泵浦光先从反向，再正向两次耦合进入到增益光纤中，明显提高了泵浦激光器的光转换效率，在相同的泵浦电流，相同掺杂浓度、相同长度的增益光纤的情况下，会得到更高功率的输出光。此外，相对于原本的光纤激光放大器，光器件数量没有进行变化，不会影响所得到的激光光源的小型化。简而言之，与常规光纤激光放大器相比，在尺寸大小数量没有变化，功耗没有改变的情况下，获得了质量更好、功率更大的输出光。
附图说明
14.图1为本发明的泵浦激光反射放大系统的结构示意图。
具体实施方式
15.为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
16.本发明的该泵浦激光反射放大系统，其中包括种子光源、泵浦光反射器件、掺杂增益光纤、泵浦合束器、多模泵浦激光器和后置隔离器，所述的泵浦光反射器件连接在种子光源和掺杂增益光纤之间，所述的泵浦合束器与掺杂增益光纤相连，所述的多模泵浦激光器的输出端与泵浦合束器相连，所述的后置隔离器与泵浦合束器相连；所述的种子光源发出特定波长及特定带宽的小功率激光光源作为信号光；所述的泵浦光反射器件用于反射增益光纤未吸收完全的泵浦光；所述的掺杂增益光纤用于将进入增益光纤的种子光源激光增益放大，将进入的泵浦光能量通过受激辐射的方式转换成所需的信号光波长，所述的泵浦合束器将泵浦光耦合进入掺杂增益光纤中，所述的多模泵浦激光器产生泵浦光，激励掺杂增益光纤中的掺杂离子，所述的后置隔离器用于使光信号只能正向传输。
17.作为本发明的优选实施方式，所述的种子光源的内部封装有用于隔离反射光的双极隔离器，所述的双极隔离器用于隔离反射光，只允许种子光源激光单向传输，防止放大级端的背向光进入种子光源。
18.作为本发明的优选实施方式，所述的种子光源提供的脉冲信号光波长为1.3μm或
1.5μm。
19.作为本发明的优选实施方式，所述的泵浦光反射器件在尾端涂有一层增透膜，所述的增透膜相对于信号光波长低反射率，且相对于泵浦光波长高反射率。
20.作为本发明的优选实施方式，所述的掺杂增益光纤为铒镱共掺增益光纤，或为包括掺铒、掺镱、掺铥的离子掺杂的增益光纤。
21.作为本发明的优选实施方式，所述的多模泵浦激光器提供930～980nm波段或1480nm波段的泵浦光。
22.本发明的具体实施方式中，提供一种新型的泵浦光反射器及其激光器/放大器的设计方法和产品器件，其可作为小型化的脉冲光源，在保证其良好的osnr指标的前提下，提高泵浦转换效率。
23.泵浦光反射器及其激光器/放大器，由带有双极隔离器的种子光源、泵浦光反射器件、掺杂增益光纤、泵浦合束器、多模泵浦激光器和后置隔离器组成。
24.方案如图所示，具体包括以下光器件：
25.1、带有双极隔离器的种子光源：
26.常规的光路中，通常是不带隔离器的种子光源作为信号光输出，为了防止反射光打坏种子光源，需要单独加一只双极隔离器器件隔离反射光，同时也需要双极隔离器器件隔离泄露的未利用的泵浦光。单独加上一只器件会影响整体激光放大器设备的空间尺寸。而将双极隔离器封装在种子光源内部，在同样的使用条件下，可以有效减小空间尺寸。
27.将双极隔离器封装在了种子光源的内部，减少一只器件，节省了产品的空间尺寸；其中，种子光源用于发出特定波长、特定带宽的小功率激光光源作为信号光，通常波长为1.5μm；双极隔离器用于隔离反射光，只允许种子光源激光单向传输，防止放大级端的背向光进入种子光源，使种子光源失效。
28.种子光源经过电路输出信号调制过后，会产生相对应脉宽、频率的脉冲信号光。种子光源提供的脉冲信号光波长为1.3μm或1.5μm。种子光源内部封装一只用于隔离反射光的双极隔离器，在保证放大器质量的同时，节省了空间尺寸。
29.2、泵浦光反射器件：泵浦反射装置在器件尾端涂上一层具有对于信号光波长低反射率，泵浦光波长高反射率的增透膜，更好地将泵浦泄露光反射回光路中，对于信号光不反射，不影响光纤激光器的正常工作；泵浦反射器件用于反射增益光纤未吸收完全的泵浦光。在功耗没有改变的情况下，提高了泵浦转换效率。
30.3、掺杂增益光纤：将进入增益光纤的种子光源激光增益放大，将进入的泵浦光能量通过受激辐射的方式转换成所需的信号光波长。掺杂增益光纤通常为铒镱共掺增益光纤，此外也包括掺铒、掺镱、掺铥等离子掺杂的增益光纤。
31.4、泵浦合束器：将泵浦光耦合进入掺杂增益光纤中；
32.5、多模泵浦激光器：产生泵浦光，激励增益光纤中的掺杂离子，如铒粒子、镱粒子、铥离子等。多模泵浦激光器用于提供930-980nm波段或1480nm的泵浦光。
33.6、后置隔离器：防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保证光信号只能正向传输的器件，不要受后向散射光的影响。
34.铒镱共掺增益光纤、泵浦合束器和多模泵浦激光器组成的整体结构可称为光纤放大器。光纤放大器为一级或多级放大器结构。光纤放大器为反向泵浦放大结构。
35.脉冲种子光源输出1550nm，脉宽4ns，频率500hz的小功率信号光，经过内部的双极隔离器后输入到泵浦光反射器件，再通过熔接点进入铒镱共掺杂的增益光纤中。与此同时，940nm的多模泵浦激光器输出泵浦光通过铒镱共掺增益光纤后方的合束器进入铒镱共掺增益光纤中，对增益光纤进行反向泵浦放大。940nm泵浦光将基带的铒离子和镱离子激励到高能态，致使粒子数发生反转，从而产生受激辐射，实现对1550nm的脉冲信号光的放大。一部分未被利用的泵浦光从后向前进入到泵浦光反射器件，残余的泵浦光被重新反射从原路正向进入铒镱共掺增益光纤，在铒镱共掺增益光纤中对1550nm的脉冲信号光再次放大。随后，放大后的1550nm大功率输出光进入到防止反射光影响光放大器的工作稳定性的后置隔离器。最后经过相同波长的光纤跳线输出，得到了具有良好信号光质量的，与种子光源波长、脉宽、频率均一致的大功率输出光。在不改变增益光纤的种类和纤长，也不提升光纤激光放大器功耗的同时，提高了泵浦光的转换效率，最大化的实现光纤增益放大，获得高质量、高能量的输出光。
36.本技术方案加入了波长为1.3μm或1.5μm的脉冲信号光，即带双级隔离器的种子光源。为整个光路提供稳定的脉冲信号光，保证信号光质量的同时减小了整体的空间尺寸。
37.本技术方案可以选用波长940nm附近的大功率泵浦激光器和波长1480nm泵浦激光器。
38.本技术方案包括但不限于单级放大，对于双级放大，三级放大甚至更多级数放大都适用。
39.按照泵浦激光和信号激光传输方向区分，可以分为正向泵浦放大器(泵浦从放大器前端注入，与信号同向传输)、反向泵浦放大器(泵浦从放大器后端注入，与信号反向传输)。本技术方案选择反向放大。与之对比，本实验方案有着更高的泵浦转换效率。
40.因为信号光放大方式不同，所以泵浦光反射器件的位置也不同。本实验方案中的泵浦光反射器件在放大器结构之前，与之对应的是要有更好的反射效率，否则会对整体光路放大造成影响。
41.本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
42.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
43.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
45.采用了本发明的泵浦激光反射放大系统，通过泵浦反射器件将增益光纤第一次没有吸收完全的泵浦光重新反射回去，以正向泵浦放大的方式再次将耦合进入增益光纤放大种子光源产生的信号光，只使用一只泵浦完成了对增益光纤的双向放大。与常规的反向光纤激光放大器相比，将之前浪费了的泵浦泄露光重新利用，不仅提高了光纤激光放大器的
稳定性，同时也大大提高了光纤激光放大器的osnr，提高了输出光的质量。同时，泵浦光先从反向，再正向两次耦合进入到增益光纤中，明显提高了泵浦激光器的光转换效率，在相同的泵浦电流，相同掺杂浓度、相同长度的增益光纤的情况下，会得到更高功率的输出光。此外，相对于原本的光纤激光放大器，光器件数量没有进行变化，不会影响所得到的激光光源的小型化。简而言之，与常规光纤激光放大器相比，在尺寸大小数量没有变化，功耗没有改变的情况下，获得了质量更好、功率更大的输出光。
46.在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

技术特征：
1.一种泵浦激光反射放大系统，其特征在于，所述的系统包括种子光源、泵浦光反射器件、掺杂增益光纤、泵浦合束器、多模泵浦激光器和后置隔离器，所述的泵浦光反射器件连接在种子光源和掺杂增益光纤之间，所述的泵浦合束器与掺杂增益光纤相连，所述的多模泵浦激光器的输出端与泵浦合束器相连，所述的后置隔离器与泵浦合束器相连；所述的种子光源发出特定波长及特定带宽的小功率激光光源作为信号光；所述的泵浦光反射器件用于反射增益光纤未吸收完全的泵浦光；所述的掺杂增益光纤用于将进入增益光纤的种子光源激光增益放大，将进入的泵浦光能量通过受激辐射的方式转换成所需的信号光波长，所述的泵浦合束器将泵浦光耦合进入掺杂增益光纤中，所述的多模泵浦激光器产生泵浦光，激励掺杂增益光纤中的掺杂离子，所述的后置隔离器用于使光信号只能正向传输。2.根据权利要求1所述的泵浦激光反射放大系统，其特征在于，所述的种子光源的内部封装有用于隔离反射光的双极隔离器，所述的双极隔离器用于隔离反射光，只允许种子光源激光单向传输，防止放大级端的背向光进入种子光源。3.根据权利要求1所述的泵浦激光反射放大系统，其特征在于，所述的种子光源提供的脉冲信号光波长为1.3μm或1.5μm。4.根据权利要求1所述的泵浦激光反射放大系统，其特征在于，所述的泵浦光反射器件在尾端涂有一层增透膜，所述的增透膜相对于信号光波长低反射率，且相对于泵浦光波长高反射率。5.根据权利要求1所述的泵浦激光反射放大系统，其特征在于，所述的掺杂增益光纤为铒镱共掺增益光纤，或为包括掺铒、掺镱、掺铥的离子掺杂的增益光纤。6.根据权利要求1所述的泵浦激光反射放大系统，其特征在于，所述的多模泵浦激光器提供930～980nm波段或1480nm波段的泵浦光。

技术总结
本发明涉及一种泵浦激光反射放大系统，包括种子光源、泵浦光反射器件、掺杂增益光纤、泵浦合束器、多模泵浦激光器和后置隔离器，所述的泵浦光反射器件连接在种子光源和掺杂增益光纤之间，所述的泵浦合束器与掺杂增益光纤相连，所述的多模泵浦激光器的输出端与泵浦合束器相连，所述的后置隔离器与泵浦合束器相连。采用了本发明的泵浦激光反射放大系统，不仅提高了光纤激光放大器的稳定性，同时也大大提高了光纤激光放大器的OSNR，提高了输出光的质量，明显提高了泵浦激光器的光转换效率，得到更高功率的输出光，与常规光纤激光放大器相比，在尺寸大小数量没有变化，功耗没有改变的情况下，获得了质量更好、功率更大的输出光。功率更大的输出光。功率更大的输出光。


技术研发人员：李昕宸 武国强 鲁开源 叶城委 许阳
受保护的技术使用者：上海拜安实业有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/9/22