专利名称：光纤放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及一种光纤放大器。
背景技术：
在脉冲双包层光纤激光器的常规应用中，通常对输出激光的光谱质量并不做特殊要求，但是在某些特定场合的应用中，则对于输出激光的光谱质量有明确的限定，例如，在光学频率变换中，就要求输出激光光谱宽度小于1.5nm。光纤放大器输出光谱的劣化主要是由非线性效应导致的，例如自相位调制(Self-phase Modulation,简称SPM)。SPM是指一个模式的光波(如单频、单偏振的光波)在光纤中传输时，使传输的光波发生相移的情况，这种相移与光场的强度有关。SPM会导致光谱展宽，当脉冲沿光纤传输时，SPM的频率分量在不断产生，这些频率分量展宽了光谱。且随增益光纤的长度及增益光纤中激光峰值功率的增加，SPM会迅速增大,从而使输出光谱展宽。对于不同纤芯直径的增益光纤，产生严重光谱展宽时对应的激光峰值功率有所不同，例如，对于纤芯直径为10 μ m的增益光纤，激光峰值功率IOkW时就会产生严重的光谱展宽，而对于纤芯直径为30 μ m的增益光纤，峰值功率达到30kW时会达到同样的效果。 对于现有脉冲双包层光纤放大器的设计，研究者更多的考虑到光纤放大器的效率，而没有关注输出光谱质量。具体来说，图1为现有的光纤放大器的结构示意图，主要由泵浦源、泵浦合束器及增益光纤组成，其中，增益光纤的长度通常采用通过理论计算得到的长度，也称最佳增益光纤长度。采用最佳增益光纤长度的增益光纤，优点是可使放大器的提取效率达到最高，但是这种情况下，输出光谱质量并不理想。例如，对于峰值功率为50kw的光纤放大器，光谱宽度典型值通常为10nm，无法满足特定场合对于光谱宽度的要求。针对现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，目前尚未提出有效地解决方案。
实用新型内容本实用新型提供一种光纤放大器，用以解决现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题。为实现上述目的，本实用新型提供一种光纤放大器，包括:泵浦源，用于产生泵浦光；增益光纤，增益光纤的长度小于最佳增益光纤长度，其中，最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度；泵浦波长控制装置，泵浦波长控制装置的输入端与泵浦源连接，用于控制通过的泵浦光的中心波长和光谱宽度；泵浦合束器，用于将泵浦光和种子激光耦合至增益光纤，其中，泵浦合束器的第一输入端与泵浦波长控制装置的输出端连接，种子激光通过泵浦合束器的第二输入端输入，泵浦合束器的输出端与增益光纤的第一端连接；泵浦光泄漏装置，用于将未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏，并输出放大后的激光，其中，泵浦光泄漏装置的第一端与增益光纤的第二端连接，泵浦光泄漏装置的第二端作为光纤放大器的输出端。[0008]优选地，泵浦光泄漏装置包括:金属夹具，金属夹具上设置有凹槽，凹槽的型状与无源光纤相适配；无源光纤，无源光纤的全部或部分设置于金属夹具的凹槽内，无源光纤的第一端与增益光纤的第二端连接，无源光纤的第二端作为光纤放大器的输出端，其中，无源光纤的光纤直径和包层直径与增益光纤相一致，设置于凹槽内的无源光纤存在被剥除涂覆层的位置，被剥除涂覆层的位置设置有固化的泵浦光泄漏胶。优选地，无源光纤被剥除涂覆层的位置的长度大于或等于5cm。优选地，泵浦波长控制装置包括光纤滤波器。优选地，光纤滤波器的中心波长与增益光纤吸收峰的中心波长相一致，光纤滤波器的光谱宽度为0.1nm至0.5nm。优选地，增益光纤的长度为最佳增益光纤长度的65%至90%。优选地，增益光纤为掺Yb的增益光纤。本实用新型有益效果如下:在本实用新型中，将增益光纤变短来减少自相位调制引起的光谱展宽，同时，通过设置泵浦波长控制装置和泵浦光泄漏装置，来解决增益光纤变短导致的剩余泵浦光从光纤输出端输出，从而影响输出激光光谱质量的问题，具体来说，通过泵浦波长控制装置可以精确控制泵浦光波长，使其泵浦光波长光谱范围控制在预定范围以内，从而更好的被增益光纤吸收；泵浦光泄漏装置可以将未被增益光纤吸收的多余泵浦光通过泵浦光泄漏胶泄漏到光纤外，而不在光纤中传输。上述技术方案的实施，使得光纤放大器的输出具有较高的提取效率，同时保证输出光谱的质量，有效地解决了现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，提高光纤放大器输出光谱质量。
图1是现有技术中光纤放大器的一种结构不意图；图2是本实用新型实施例中光纤放大器的一种优选的结构示意图；图3是本实用新型实施例中泵浦光泄漏装置的金属夹具的一种优选的结构示意图；图4是本实用新型实施例中光纤放大器输出的控制方法的一种优选的流程示意图；图5是本实用新型实施例中脉冲掺Yb双包层光纤放大器的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，本实用新型提供了一种光纤放大器，下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1在本实用新型优选的实施例中提供了一种光纤放大器，图2示出该光纤放大器的一种优选的结构框图，如图2所示，光纤放大器包括:泵浦源202，用于产生泵浦光；增益光纤204，增益光纤204的长度小于最佳增益光纤长度，其中，最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度，优选地，增益光纤的长度为最佳增益光纤长度的65%至90% ;泵浦波长控制装置206，泵浦波长控制装置206的输入端与泵浦源202连接，用于控制通过的泵浦光的中心波长和光谱宽度；泵浦合束器208，泵浦合束器208的第一输入端与泵浦波长控制装置206的输出端连接，种子激光通过泵浦合束器208的第二输入端输入，泵浦合束器208的输出端与增益光纤204的第一端连接，用于将泵浦光和种子激光耦合至增益光纤204 ;泵浦光泄漏装置210，泵浦光泄漏装置210的第一端与增益光纤204的第二端连接，泵浦光泄漏装置210的第二端作为光纤放大器的输出端，用于将未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏，并输出放大后的激光。上述光纤放大器的工作原理如下:泵浦源202发出波长为975nm的泵浦光；泵浦光首先通过泵浦波长控制装置206，该泵浦波长控制装置206可以控制经过该装置的泵浦光的中心波长和光谱宽度；然后泵浦光再通过泵浦合束器208的第一端(泵浦波长输入端)耦合进增益光纤204 ;前级种子激光通过泵浦合束器208的第二端(信号波长输入端)耦合进增益光纤204 ;增益光纤204为激光器的增益介质，增益光纤204中的掺杂离子吸收泵浦光被激发至高能态，处于高能态的粒子快速弛豫到能量较低的激发态，当种子激光入射进增益光纤204后，激发态上的粒子产生受激辐射，并跃迁至低能态释放出储能，从而将种子激光放大；种子激光经过增益光纤204被放大后，通过剩余泵浦光泄漏装置210，可以将未被增益光纤吸收干净的泵浦光泄漏出去，然后输出。在上述优选的实施方式中，将增益光纤变短来减少自相位调制引起的光谱展宽，同时，通过设置泵浦波长控制装置和泵浦光泄漏装置，来解决增益光纤变短导致的剩余泵浦光从光纤输出端输出，从而影响输出激光光谱质量的问题，具体来说，通过泵浦波长控制装置可以精确控制泵浦光波长，使其泵浦光波长光谱范围控制在预定范围以内，从而更好的被增益光纤吸收；泵浦光泄漏装置可以将未被增益光纤吸收的多余泵浦光通过泵浦光泄漏胶泄漏到光纤外，而不在光纤中传输。上述技术方案的实施，使得光纤放大器的输出具有较高的提取效率，同时保证输出光谱的质量，有效地解决了现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，提高光纤放大器输出光谱质量。在本实用新型的一个优选的实施方式中，还提供了一种泵浦光泄漏装置210的优选的实施方式，具体地，泵浦 光泄漏装置包括210:金属夹具，金属夹具上设置有凹槽，凹槽的型状与无源光纤相适配；无源光纤，无源光纤的全部或部分设置于金属夹具的凹槽内，无源光纤的第一端与增益光纤的第二端连接，无源光纤的第二端作为光纤放大器的输出端，其中，无源光纤的光纤直径和包层直径与增益光纤相一致，设置于凹槽内的无源光纤存在被剥除涂覆层的位置，被剥除涂覆层的位置设置有固化的泵浦光泄漏胶。优选地，无源光纤被剥除涂覆层的位置的长度大于或等于5cm。具体来说，图3示出上述金属夹具的一种优选的结构示意图，如图3所示，该金属夹具302为长方体型状，该金属夹具302上方具有凹槽304，优选地，该凹槽304为半圆形，用于容纳无源光纤。在具体操作时，可将无源光纤的涂覆层剥除掉至少5cm，将剥掉涂覆层部分的光纤放入金属夹具302的凹槽304内，在凹槽304中涂满泵浦光泄漏胶，然后用紫外灯照射该部位五至十分钟，使泵浦光泄漏胶固化，然后将无源光纤的一端与增益光纤熔接，另一端作为光纤放大器的输出端。此外，本实用新型还提供了一种泵浦波长控制装置206的优选的实施方式，具体来说，泵浦波长控制装置包括光纤滤波器，该光纤滤波器的中心波长与增益光纤吸收峰的中心波长相一致，光纤滤波器的光谱宽度为0.1nm至0.5nm。通过上述结构的光纤滤波器，来控制泵浦光的中心波长和光谱宽度范围，从而能够更好的被增益光纤吸收。优选地，上述增益光纤的长度为最佳增益光纤长度的65%至90%，并作如下分析:在脉冲双包层光纤放大器的设计中，由于增益光纤的长度对提取效率的影响并不十分敏感，因此并不使用提取效率最高时对应的最佳增益光纤长度，而采用了长度较其短10%至35%的增益光纤(即为最佳增益光纤长度65%至90%)，这样来说，一方面，由于增益光纤长度变短，可以有效改善SPM效应。实验表明，光谱展宽程度与使用最佳增益光纤长度时相比，减少40%至90%。另一方面，光纤长度的减少量控制在10%至35%之间，此时放大器的提取效率仅改变5%至20%，同样保证了较高的提取效率。实施例2基于上述实施例1提供的光纤放大器，本优选的实施例提供了一种光纤放大器输出的控制方法，图4为该方法的一种优选的流程图，如图4所示，该方法包括如下步骤:S402，泵浦波长控制装置对泵浦源产生的泵浦光进行控制，以获取中心波长和光谱宽度满足预定条件的泵浦光；S404，泵浦合束器将泵浦光和光纤放大器的种子激光耦合至增益光纤，其中，增益光纤的长度小于最佳增益光纤长度，最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度；S406，泵浦光泄漏装置对未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏，并输出放大后的激光。 在上述优选的实施方式中，将增益光纤变短来减少自相位调制引起的光谱展宽，同时，通过设置泵浦波长控制装置和泵浦光泄漏装置，来解决增益光纤变短导致的剩余泵浦光从光纤输出端输出，从而影响输出激光光谱质量的问题，具体来说，通过泵浦波长控制装置可以精确控制泵浦光波长，使其泵浦光波长光谱范围控制在预定范围以内，从而更好的被增益光纤吸收；泵浦光泄漏装置可以将未被增益光纤吸收的多余泵浦光通过泵浦光泄漏胶泄漏到光纤外，而不在光纤中传输。上述技术方案的实施，使得光纤放大器的输出具有较高的提取效率，同时保证输出光谱的质量，有效地解决了现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，提高光纤放大器输出光谱质量。优选地，泵浦波长控制装置通过光纤滤波器对泵浦源产生的泵浦光进行控制，其中，光纤滤波器的中心波长与增益光纤吸收峰的中心波长相一致，光纤滤波器的光谱宽度为0.1nm至0.5nm。通过上述结构的光纤滤波器，来控制泵浦光的中心波长和光谱宽度范围，从而能够更好的被增益光纤吸收。优选地，泵浦光泄漏装置包括:金属夹具和无源光纤，金属夹具上设置有凹槽，凹槽的型状与无源光纤相适配，无源光纤的全部或部分设置于金属夹具的凹槽内，无源光纤的光纤直径和包层直径与增益光纤相一致，其中，设置于凹槽内的无源光纤存在被剥除涂覆层的位置，被剥除涂覆层的位置设置有固化的泵浦光泄漏胶；泵浦光泄漏装置通过被剥除涂覆层的位置设置的泵浦光泄漏胶将未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏。通过上述结构的泵浦光泄漏装置将未被增益光纤吸收的多余的泵浦光泄漏到光纤外，减少光谱中的剩余泵浦光，改善光谱质量。[0039]实施例3基于上述实施例1中提供的光纤放大器和实施例2中提供的光纤放大器输出的控制方法，本优选的实施例提供了一种脉冲掺Yb (化学元素镱)双包层光纤放大器，种子激光经过该脉冲光纤放大器后，输出激光的输出特性要求为平均功率75W，重复频率IOOKHz，脉冲宽度15ns，峰值功率50kW。该掺Yb双包层光纤放大器结构示意图如图5所示。泵浦源为激光二极管，它发出波长为975nm的的泵浦光；泵浦光首先经过泵浦波长控制装置，然后再通过泵浦合束器的泵浦波长输入端耦合进增益光纤；种子激光通过泵浦合束器的信号波长输入端耦合进增益光纤；增益光纤为掺Yb双包层光纤，纤芯直径25 μ m,包层直径250 μ m, 975nm波长处的吸收系数为3.2dB/m，经过放大后，激光通过剩余泵浦光泄漏装置后输出。按照增益光纤对泵浦光总吸收为16dB计算，光纤放大器应采用的最佳增益光纤长度为5米。若米用该长度的增益光纤构成光纤放大器,其输出光谱宽度为10nm。优选地，在本实用新型中，设置掺Yb增益光纤的长度为3.5m。泵浦波长控制装置为一光纤滤波器。两侧尾纤均为纤芯直径105 μ m，包层直径125 μ m的无源双包层光纤，与激光二极管和泵浦合束器分别熔接在一起。该光纤滤波器仅使975nm±0.3nm的泵浦光通过。该光纤滤波器的中心波长参数为975nm，光谱宽度为0.3nm。选取长度为I米的纤芯直径25 μ m，包层直径250 μ m的无源双包层光纤，在该光纤距自身一端20cm处，将光纤的涂覆层用刀片剥除，仅裸露石英部分，剥除长度10cm。取一加工好的紫铜夹具，该夹具长IOOmm,宽16mm,高6mm,沿其长度方向，在中心位置有一半径为1_的半圆形凹槽，将剥除掉涂覆层的将剥除掉涂覆层的光纤部分放置于该夹具的半圆形凹槽中。取一泵浦光泄漏胶，例如，美国Norland公司生产，型号N0A84，折射率1.46。用棉签将凹槽中涂满泵浦光泄漏胶，泄漏胶可完全覆盖裸露的石英光纤。然后用紫外灯照射该部位10分钟，使泵浦光泄 漏胶固化。将该无源光纤一端与掺Yb增益光纤熔接，另一端作为输出端。米用本实用新型后，该脉冲掺Yb双包层光纤放大器的激光输出光谱宽度为Inm,可在特定情景(如，光学频率变换)中应用。从以上描述中可以看出，本实用新型的实施例将增益光纤变短来减少自相位调制引起的光谱展宽，同时，通过设置泵浦波长控制装置和泵浦光泄漏装置，来解决增益光纤变短导致的剩余泵浦光从光纤输出端输出，从而影响输出激光光谱质量的问题，具体来说，通过泵浦波长控制装置可以精确控制泵浦光波长，使其泵浦光波长光谱范围控制在预定范围以内，从而更好的被增益光纤吸收；泵浦光泄漏装置可以将未被增益光纤吸收的多余泵浦光通过泵浦光泄漏胶泄漏到光纤外，而不在光纤中传输。上述技术方案的实施，使得光纤放大器的输出具有较高的提取效率，同时保证输出光谱的质量，有效地解决了现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，提高光纤放大器输出光谱质量。尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本实用新型的范围应当不限于上述实施例。
权利要求1.一种光纤放大器，其特征在于，包括: 泵浦源，用于产生泵浦光； 增益光纤，所述增益光纤的长度小于最佳增益光纤长度，其中，所述最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度； 泵浦波长控制装置，所述泵浦波长控制装置的输入端与所述泵浦源连接，用于控制通过的所述泵浦光的中心波长和光谱宽度； 泵浦合束器，用于将所述泵浦光和所述种子激光耦合至所述增益光纤，其中，所述泵浦合束器的第一输入端与所述泵浦波长控制装置的输出端连接，种子激光通过所述泵浦合束器的第二输入端输入，所述泵浦合束器的输出端与所述增益光纤的第一端连接； 泵浦光泄漏装置，用于将未被所述增益光纤吸收的泵浦光进行泄漏，并输出放大后的激光，其中，所述泵浦光泄漏装置的第一端与所述增益光纤的第二端连接，所述泵浦光泄漏装置的第二端作为光纤放大器的输出端。
2.如权利要求1所述的光纤放大器，其特征在于，所述泵浦光泄漏装置包括: 金属夹具，所述金属夹具上设置有凹槽，所述凹槽的型状与无源光纤相适配； 所述无源光纤，所述无源光纤的全部或部分设置于所述金属夹具的凹槽内，所述无源光纤的第一端与所述增益光纤的第二端连接，所述无源光纤的第二端作为光纤放大器的输出端，其中，所述无源光纤的光纤直径和包层直径与所述增益光纤相一致，设置于所述凹槽内的所述无源光纤存在被剥除涂覆层的位置，所述被剥除涂覆层的位置设置有固化的泵浦光泄漏胶。
3.如权利要求2所述的光纤放大器，其特征在于，所述无源光纤被剥除涂覆层的位置的长度大于或等于5cm。
4.如权利要求1至3任一项所述的光纤放大器，其特征在于，所述泵浦波长控制装置包括光纤滤波器。
5.如权利要求4所述的光纤放大器，其特征在于，所述光纤滤波器的中心波长与所述增益光纤吸收峰的中心波长相一致，所述光纤滤波器的光谱宽度为0.1nm至0.5nm。
6.如权利要求1、2、3或5所述的光纤放大器，其特征在于，所述增益光纤的长度为所述最佳增益光纤长度的65%至90%。
7.如权利要求6所述的 光纤放大器，其特征在于，所述增益光纤为掺Yb的增益光纤。
专利摘要本实用新型公开了一种光纤放大器，包括泵浦源，用于产生泵浦光；增益光纤，增益光纤的长度小于最佳增益光纤长度，其中，最佳增益光纤长度为光纤放大器提取效率最高时对应的增益光纤的长度；泵浦波长控制装置，用于控制通过的泵浦光的中心波长和光谱宽度；泵浦合束器，用于将泵浦光和种子激光耦合至增益光纤；泵浦光泄露装置，用于将未被增益光纤吸收的泵浦光进行泄露，并输出放大后的激光。本实用新型有效地解决了现有技术中光纤放大器不考虑输出光谱的宽度，导致不能在特定情景应用的问题，提高光纤放大器输出光谱质量。
文档编号H01S3/067GK203085961SQ201320040399
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者张昆, 李尧, 张大勇, 朱辰, 王雄飞, 张利明 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所