基于同带抽运的高功率全光纤mopa结构超荧光光纤光源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种基于同带抽运的高功率全光纤MOPA结构超荧光光纤光源。
【背景技术】
[0002]光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、维护方便等优点，在科学研宄、工业加工等领域具有广泛的应用。目前高功率光纤激光器大多采用具有多级放大链的MOPA结构，种子源为半导体激光器或振荡腔结构光纤激光器。由于半导体激光器及振荡腔结构光纤激光器输出具有弛豫振荡特性，并存在弱锁模现象，导致高功率放大过程中容易出现高峰值功率的脉冲，使得受激拉曼散射等非线性效应极易产生，可能带来光纤的不可修复性损伤，甚至产生“光学放电”，造成严重损失。
[0003]超荧光是激光和荧光之间的过渡态，是放大的自发辐射(ASE)，具有光谱覆盖范围宽、时间相干性低、温度稳定性强等特点，在光学层析成像、高精度光纤陀螺传感、光纤通信等领域具有广泛应用。此外，超荧光光源与激光相比，还具有无模式竞争、无弛豫振荡、无弱锁模、极高时域稳定性等突出特点。利用稀土掺杂光纤搭建全光纤MOPA结构超荧光光纤光源，可以实现高功率输出，并兼具光纤激光器和超荧光光源的优点，是新型高亮度光纤光源的可选技术方案，在工业加工等领域具有巨大的应用潜力。
[0004]目前，高功率超荧光光纤光源主要采用半导体激光器直接抽运稀土掺杂光纤实现超焚光的产生及放大，存在严重的热效应及非线性效应等弊端(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，现有半导体激光器抽运源的亮度有限，继续提高较为困难(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, 20100SATechnical Digest Series:paper.AWA3)o
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于突破半导体激光器抽运源亮度不足对超荧光光纤光源输出功率的限制，提供一种基于同带抽运的高功率全光纤MOPA结构超荧光光纤光源。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0007]一种基于同带抽运的高功率全光纤MOPA结构超荧光光纤光源，包括超荧光种子光源、功率预放大器和同带抽运功率主放大器。
[0008]其中，超荧光种子光源为高功率MOPA系统提供低功率种子源；功率预放大器用于将低功率超荧光种子预放大到合适的功率水平，避免主放大级因种子功率不足带来的损坏；同带抽运功率主放大器利用高亮度的同带抽运激光器模块对预放大后的种子光进行高增益放大，实现高功率超荧光输出。
[0009]所述的超焚光种子光源是一种掺镱光纤放大自发福射光源，它包括第一剩余抽运光倾湾器、第一侧泵合束器(combiner)、第一多模抽运激光器、第一双包层掺镱光纤、第二侧泵合束器、第二剩余抽运光倾泻器、第一光纤隔离器、第二光纤隔离器，第一剩余抽运光倾泻器的输出端切8°斜角以输出监测用ASE，输入端与第一侧泵合束器的信号纤连接，第一侧泵合束器的每根抽运光注入纤分别与I个第一多模抽运激光器相连，第一侧泵合束器的输出纤与第一双包层掺镱光纤的一端相连，第一双包层掺镱光纤的另一端与第二侧泵合束器的输出端连接，第二侧泵合束器的每根抽运光注入纤分别与I个第一多模抽运激光器相连，第二侧泵合束器的信号纤连接第二剩余抽运光倾泻器的一端，第二剩余抽运光倾泻器的另一端与第一光纤隔离器的输入端相连，第一光纤隔离器的输出端与第二光纤隔离器的输入端连接。
[0010]所述的功率预放大器包括第一(N+l) X I光纤抽运信号合束器(combiner)、第二多模抽运激光器、第二双包层掺镱光纤、第三剩余抽运光倾泻器、第三光纤隔离器，第二光纤隔离器的输出端与第一(N+l) X I光纤抽运信号合束器的信号纤相连，第一(N+l) X I光纤抽运信号合束器的N根抽运光注入纤分别与I个第二多模抽运激光器连接，第一(N+l) Xl光纤抽运信号合束器的输出纤与第二双包层掺镱光纤的一端相连，第二双包层掺镱光纤的另一端与第三剩余抽运光倾泻器的输入端连接，第三剩余抽运光倾泻器的输出端连接第三光纤隔离器的输入端。
[0011]所述的同带抽运功率主放大器包括第二(N+l) X I光纤抽运信号合束器、同带抽运激光器模块、第三双包层掺镱光纤、第三(N+l) Xl后向抽运信号合束器、第四剩余抽运光倾泻器和光纤输出端帽，第三光纤隔离器的输出端连接第二(N+l) Xl光纤抽运信号合束器的信号纤，第二(N+l) Xl光纤抽运信号合束器的N根抽运光注入纤分别与I组同带抽运激光器模块相连，第二(N+l) Xl光纤抽运信号合束器的输出纤与第三双包层掺镱光纤的一端连接，第三双包层掺镱光纤的另一端与第三(N+l) Xl后向抽运信号合束器的输出纤相连，第三(N+l) Xl后向抽运信号合束器的N根抽运光注入纤分别与I组同带抽运激光器模块相连，第三(N+l) Xl后向抽运信号合束器的信号纤与第四剩余抽运光倾泻器的输入端相连，第四剩余抽运光倾泻器的输出端与光纤输出端帽的输入端连接。
[0012]本实用新型中:
[0013]所述的第一多模抽运激光器以及第二多模抽运激光器的中心波长均为入1，800nm λ I ^ 100nm0
[0014]所述的第一双包层掺镱光纤为单模光纤或多模大芯径光纤，第二双包层掺镱光纤和第三双包层掺镱光纤为多模大芯径光纤。
[0015]所述的第一剩余抽运光倾泻器和第二剩余抽运光倾泻器为掺锗的单模光纤或多模大芯径光纤，其数值孔径以及几何尺寸分别与第一侧泵合束器、第二侧泵合束器匹配。第三剩余抽运光倾泻器和第四剩余抽运光倾泻器为掺锗的多模大芯径光纤，其数值孔径及几何尺寸分别与第二双包层掺镱光纤、第三双包层掺镱光纤匹配。
[0016]所述的第一光纤隔离器、第二光纤隔离器的尾纤类型与第二剩余抽运光倾泻器尾纤的型号相同，承受功率不小于50W，在1050?1150nm范围内增透，以避免隔离器引入反馈造成超荧光种子源自激阈值降低。第三光纤隔离器的光纤类型与第三剩余抽运光倾泻器尾纤的型号相同，承受功率不小于150W，在1050?1150nm范围内增透。
[0017]所述的第一(N+l) X I光纤抽运信号合束器、第二(N+l) X I光纤抽运信号合束器的信号纤的型号分别与第二光纤隔离器、第三光纤隔离器的尾纤型号相同，第三(N+l) Xl后向抽运信号合束器的信号纤、输出纤与第三双包层掺镱光纤的几何尺寸、数值孔径相同。全部(N+l) X I光纤抽运信号合束器的抽运光注入端为N个，I彡N彡200。
[0018]所述的同带抽运激光器模块，其中心波长为λ2，1000ηπι彡λ 2彡1040nm，典型工作波长为1018nm。每个同带抽运激光器模块均由7个数百瓦级振荡器和一个7 X I抽运光合束器构成。
[0019]所述的光纤端帽的尾纤型号与第四剩余抽运光倾泻