一种增益光纤级联的光纤激光放大器的制作方法

1.本实用新型属于激光器领域，尤其涉及一种光纤激光放大器。


背景技术：

2.光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、热管理方便、结构紧凑等优点，在远程焊接、三维切割、激光打标、精密加工等工业和国防领域具有良好的应用前景。近年来，随着大模场面积双包层掺杂光纤制造工艺与和高亮度激光二极管泵浦技术的发展，单根单模双包层光纤激光器的输出功率不断提高。然而，当光纤激光器的输出功率增加到几千瓦量级，光纤纤芯中功率密度很高，容易产生非线性效应(如受激拉曼散射和受激布里渊散射效应)，从而限制光纤激光器输出功率的提升。为抑制非线性效应，一般采用大模场光纤减小功率密度，大模场光纤中能够同时传导多个激光模式，当输出功率达到阈值后，基模和高阶模之间的相互干涉会使激光器产生模式不稳定(mi)效应，使激光器的光束质量下降。因此，光纤中的非线性效应和mi效应存在相互矛盾的关系，当光纤放大器的光纤尺寸较小时，非线性阈值较低，当光纤尺寸较大时，mi阈值较低。
3.传统的光纤激光放大器通常采用单根增益光纤作为增益介质，当光纤的纤芯直径较小时，不利于非线性效应的抑制，当光纤的纤芯直径较大时，不利于mi的抑制，因此单模光纤激光器的输出功率受限。近年来，为同时抑制光纤中的非线性效应和mi效应，有研究者提出采用中心掺杂光纤、锥形光纤、低数值孔径光纤等多种方案来优化光纤设计，但是这对光纤的制造工艺提出了很高的要求，且光纤制作成本和复杂度较高，不利于大规模使用。
4.因此，亟需一种能够采用简单的结构就可以实现同时抑制非线性效应和mi效应的光纤激光放大器。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型基于现有的放大器结构，提出将两种增益光纤级联的方式来同时抑制非线性效应和mi效应，系统结构简单，成本低，可实现大规模应用。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：一种增益光纤级联的光纤激光放大器，所述光纤激光放大器包括：种子源、包层光剥离器i、泵浦源i、泵浦集束器i、增益光纤i、增益光纤ii、泵浦集束器ii、泵浦源ii、包层光剥离器ii和输出端帽，所述种子源、包层光剥离器i、泵浦源i、泵浦集束器i、增益光纤i、增益光纤ii、泵浦集束器ii、泵浦源ii、包层光剥离器ii和输出端依次相连，增益光纤i的纤芯半径小于所述增益光纤ii的纤芯半径。
7.优选的，所述增益光纤i和增益光纤ii的长度、纤芯半径均可进行调整。
8.优选的，所述增益光纤i和增益光纤ii的纤芯直径范围为10～30μm，包层直径为250～900μm。
9.优选的，所述增益光纤i和增益光纤ii包括但不限于掺镱光纤、掺铒光纤、掺铥光纤和保偏增益光纤。
10.优选的，所述泵浦源i和泵浦源ii包括但不限于激光二极管泵浦源、光纤激光泵浦
源。
11.优选的，所述光纤激光放大器可以为增益光纤级联的单向泵浦光纤激光放大器，所述单向泵浦光纤激光放大器只有一组包层光剥离器、泵浦源和泵浦集束器。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的增益光纤级联的光纤激光放大器利用两级纤芯直径不同的增益光纤级联，实现非线性效应和mi效应的同时抑制，提高单模光纤激光器的输出功率。两级增益光纤中增益光纤i的纤芯半径小于增益光纤ii，增益光纤ii更有利于非线性效应的抑制，而增益光纤i更有利于mi效应的抑制，除此之外，增益光纤i和增益光纤ii的长度可根据激光放大器功率提升的主要受限因素进行调整。本实用新型公开的增益光纤级联的光纤激光放大器系统结构简单，成本低，可实现大规模应用。
附图说明
13.图1为本实用新型中增益光纤级联的双向泵浦的光纤激光放大器的结构示意图；
14.图中：1.种子源 2.包层光剥离器i 3.泵浦源i 4.泵浦集束器i 5.增益光纤i 6.增益光纤ii 7.泵浦集束器ii 8.泵浦源ii 9.包层光剥离器ii 10.输出端帽。
具体实施方式
15.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实施例公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
16.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
17.一种增益光纤级联的光纤激光放大器，该放大器为双向泵浦光纤激光放大器，该激光放大器包括：种子源1、包层光剥离器i 2、泵浦源i 3、泵浦集束器i 4、增益光纤i 5、增益光纤ii 6、泵浦集束器ii 7、泵浦源ii 8、包层光剥离器ii 9和输出端帽10，所述种子源1、包层光剥离器i 2、泵浦源i 3、泵浦集束器i 4、增益光纤i 5、增益光纤i16、泵浦集束器ii 7、泵浦源ii 8、包层光剥离器ii 9和输出端帽10依次相连，增益光纤i 5的纤芯半径小于所述增益光纤ii 6的纤芯半径。其中增益光纤i 5和增益光纤ii 6为种子源的放大级，放大级的增益光纤作为增益介质提供放大，泵浦/信号集束器将泵浦光注入到增益光纤中，并传输信号光，包层光剥离器将残余泵浦光和泄漏到包层中的信号光剥除，激光经端帽进行输出。
18.上述增益光纤i 5和增益光纤ii 6的长度及增益光纤i 5和增益光纤ii 6的纤芯半径均可调。
19.在系统中，增益光纤i 5的纤芯直径小于增益光纤ii 6的纤芯直径，因此，在相同的掺杂浓度下，增益光纤i 5的单位长度泵浦吸收系数小于增益光纤ii 6，若要两段增益光纤达到相同的总吸收时，增益光纤ii 6的长度更短。增益光纤ii 6的纤芯尺寸更大，因此更有利于非线性效应的抑制，而增益光纤i 5更有利于mi效应的抑制。因此，当激光器功率提升的主要受限因素是非线性效应时，我们应该减短增益光纤i 5的长度，相应增加增益光纤ii 6的长度，以此来实现非线性效应的抑制。当激光器功率提升的主要受限因素是mi时，我们应当增加增益光纤i 5的长度，减小增益光纤ii 6的长度，来实现mi的抑制。在实际应用
中，通过优化增益光纤i 5和增益光纤ii 6的纤芯和包层尺寸、光纤长度可实现非线性效应和mi效应的同时抑制，提高单模光纤激光器的输出功率。
20.上述增益光纤i 5和增益光纤ii 6的纤芯直径范围为10～30μm，包层直径为250～900μm。
21.上述增益光纤i 5和增益光纤ii 6包括但不限于掺镱光纤、掺铒光纤、掺铥光纤和保偏增益光纤。
22.上述泵浦源i 3和泵浦源ii 8包括但不限于激光二极管泵浦源、光纤激光泵浦源。
23.上述光纤激光放大器可以为增益光纤级联的单向泵浦光纤激光放大器，当为单向泵浦光纤激光放大器时，该光纤激光放大器只有一组包层光剥离器、泵浦源和泵浦集束器。


技术特征：
1.一种增益光纤级联的光纤激光放大器，其特征在于，所述光纤激光放大器包括：种子源、包层光剥离器i、泵浦源i、泵浦集束器i、增益光纤i、增益光纤ii、泵浦集束器ii、泵浦源ii、包层光剥离器ii和输出端帽，所述种子源、包层光剥离器i、泵浦源i、泵浦集束器i、增益光纤i、增益光纤ii、泵浦集束器ii、泵浦源ii、包层光剥离器ii和输出端依次相连，增益光纤i的纤芯半径小于所述增益光纤ii的纤芯半径。2.根据权利要求1所述的增益光纤级联的光纤激光放大器，其特征在于，所述增益光纤i和增益光纤ii的长度、纤芯半径均可进行调整。3.根据权利要求1所述的增益光纤级联的光纤激光放大器，其特征在于，所述增益光纤i和增益光纤ii的纤芯直径范围为10～30μm，包层直径为250～900μm。4.根据权利要求1所述的增益光纤级联的光纤激光放大器，其特征在于，所述增益光纤i和增益光纤ii包括但不限于掺镱光纤、掺铒光纤、掺铥光纤和保偏增益光纤。5.根据权利要求1所述的增益光纤级联的光纤激光放大器，其特征在于，所述泵浦源i和泵浦源ii包括但不限于激光二极管泵浦源、光纤激光泵浦源。6.根据权利要求1所述的增益光纤级联的光纤激光放大器，其特征在于，所述光纤激光放大器可以为增益光纤级联的单向泵浦光纤激光放大器，所述单向泵浦光纤激光放大器只有一组包层光剥离器、泵浦源和泵浦集束器。

技术总结
本实用新型公开了一种增益光纤级联的光纤激光放大器，该光纤激光放大器包括：种子源、包层光剥离器I、泵浦源I、泵浦集束器I、增益光纤I、增益光纤II、泵浦集束器II、泵浦源II、包层光剥离器II和输出端帽，上述部件依次相连，且增益光纤I的纤芯半径小于所述增益光纤II的纤芯半径。本实用新型公开的增益光纤级联的光纤激光放大器利用两级纤芯直径不同的增益光纤级联，实现非线性效应和MI效应的同时抑制，提高单模光纤激光器的输出功率，系统结构简单，成本低，可实现大规模应用。可实现大规模应用。可实现大规模应用。


技术研发人员：楚秋慧 李峰云 陶汝茂 舒强 颜冬林 张昊宇 郭超 董克攻 林宏奂
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：2021.05.07
技术公布日：2021/10/23