一种高消光比光纤放大器的制作方法

1.本实用新型属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种高消光比光纤放大器。


背景技术：

2.用于激光雷达的脉冲激光光纤放大器，其消光比越高即噪声越小时，激光雷达的探测性能越好，而脉冲激光光纤放大器的噪声主要来自于放大的自发辐射光。目前的脉冲激光光纤放大器通常采用连续出光的泵浦源，由于增益光纤的增益饱和效应，小功率信号光在放大过程中很容易达到增益饱和状态，产生对激光雷达无用的放大的自发辐射光，放大的自发辐射光会导致信号光的增益下降，使得脉冲激光光纤放大器的光光转换效率显著下降，噪声性能变差。通常抑制放大的自发辐射光的方法有：采用多级放大的方式来减少放大的自发辐射的产生，或在放大器末端加入滤波器的方式来滤除放大的自发辐射。这两种常规的方式都需要引入更多的器件，系统比较复杂，不利于小型化。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种高消光比光纤放大器及其工作方法，解决现有技术存在的问题。
4.本实用新型采用以下方案实现：一种高消光比光纤放大器，所述光纤放大器由沿光路方向依次设置的第一增益光纤、光阻断器、第二增益光纤组成，所述第二增益光纤上经合束器连接有泵浦源，泵浦源的光路方向与光纤放大器的信号光方向相反，所述光阻断器由依次间隔设置的双光纤准直器、屋脊棱镜、第一组合棱镜、旋光器、第二组合棱镜组合而成，光阻断器内还设置有信号光滤光片，所述双光纤准直器分别与第一增益光纤、第二增益光纤连接。
5.进一步的，所述双光纤准直器包括玻璃套管，所述玻璃套管内间隔设置有毛细管、透镜，所述毛细管内包覆有平行设置的第一双包层光纤、第二双包层光纤，第一双包层光纤、第二双包层光纤的一端伸出玻璃套管并分别与第一增益光纤、第二增益光纤连接，另一端朝向透镜，所述第一双包层光纤和所述第二双包层光纤的包层用于泵浦光的传输，纤芯用于信号光的传输。
6.进一步的，所述屋脊棱镜的屋脊侧朝向第一组合棱镜，所述远离屋脊朝向透镜，所述第一组合棱镜由自上而下依次设置的第一平行四边形棱镜和第二平行四边形棱镜组成，所述旋光器由法拉第旋转器和二分之一波片组成，所述第二组合棱镜由自上而下依次设置的第三平行四边形棱镜和等腰直角棱镜组成，第一平行四边形棱镜与第二平行四边形棱镜胶合连接，第三平行四边形棱镜的下表面和等腰直角棱镜的非腰面胶合连接，所述信号光滤光片与信号光入射方向成0.5~8度角放置。
7.进一步的，所述屋脊棱镜朝向透镜一侧上平面镀有对泵浦光反射且对信号光透射的膜，所述第一平行四边形棱镜、第二平行四边形棱镜朝向透镜一侧与远离透镜一侧上镀有信号光的增透膜，所述第一平行四边形棱镜的上表面、第二平行四边形棱镜的下表面上
均镀有信号光的高反膜，所述第一平行四边形棱镜与第二平行四边形棱镜的胶合面上镀有偏振分光膜，所述第三平行四边形棱镜与等腰直角棱镜朝向透镜一侧、等腰直角棱镜的底侧上均镀有信号光的增透膜，所述第三平行四边形棱镜的顶面一侧上镀有信号光的高反膜，所述第三平行四边形棱镜与等腰直角棱镜的胶合面上镀有偏振分光膜。
8.进一步的，所述信号光滤光片位于屋脊棱镜与第一组合棱镜之间，所述信号光滤光片两面均镀有窄带滤光膜，第三平行四边形棱镜的远离透镜一侧上镀有信号光的高反膜。
9.进一步的，所述信号光滤光片位于双光纤准直器与屋脊棱镜之间，所述信号光滤光片面向所述双光纤准直器的面镀有泵浦光反射而信号光透射的膜，另一面镀有信号光窄带滤光膜，第三平行四边形棱镜的远离透镜一侧上镀有信号光的高反膜。
10.进一步的，所述信号光滤光片位于第二组合棱镜远离透镜一侧后，所述信号光滤光片后还设置有反光镜，所述信号光滤光片面向所述第二组合棱镜的面上镀有信号光窄带滤光膜，所述第二组合棱镜远离透镜一侧上镀有信号光透射膜。
11.进一步的，所述第一平行四边形棱镜、第二平行四边形棱镜、第三平行四边形棱镜的截面为45度平行四边形。
12.与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：本实用新型结构设计合理，可以将放大过程产生的放大的自发辐射光滤除，两次经过信号光滤光片可以降低滤波片的指标要求及其成本；并把第二级放大中剩余的泵浦光作为第一级放大的泵浦光；另外还实现了两级放大器之间的反向光隔离保护，整体结构有效提高了放大器的消光比。
附图说明
13.图1是本实用新型实施例1的整体结构示意图。
14.图2是本实用新型实施例1的光阻断器结构示意图。
15.图3是本实用新型实施例1的双光纤准直器的结构示意图。
16.图4是本实用新型实施例1的第一组合棱镜的结构示意图。
17.图5是本实用新型实施例1的旋光器的结构示意图。
18.图6是本实用新型实施例1的第二组合棱镜的结构示意图。
19.图7是本实用新型实施例1的泵浦光路示意图。
20.图8是本实用新型实施例1的放大信号光路示意图。
21.图9是本实用新型实施例1的反向光路示意图。
22.图10是本实用新型实施例2的结构示意图。
23.图11是本实用新型实施例3的结构示意图。
24.图中：1-第一增益光纤；2-光阻断器；3-第二增益光纤；4-合束器；5-泵浦源；201-双光纤准直器；202-屋脊棱镜；203-信号光滤光片；204-第一组合棱镜；205-旋光器；206-第二组合棱镜；201a-第一双包层光纤；201b-第二双包层光纤； 201c-毛细管; 201d-透镜； 201e-玻璃套管；204a-第一平行四边形棱镜；204b-第二平行四边形棱镜；205a-第三平行四边形棱镜；205b-等腰直角棱镜；sa1-第一平行四边形棱镜靠近透镜一侧；sa2-第一平行四边形棱镜顶面；sa3-第一平行四边形棱镜远离透镜一侧；sa4-第一平行四边形棱镜胶合面；sb1-第二平行四边形棱镜靠近透镜一侧；sb2-第二平行四边形棱镜胶合面；sb3-第二平行
四边形棱镜远离透镜一侧；sb4-第一平行四边形棱镜底面；sc1-第三平行四边形棱镜靠近透镜一侧；sc2-第三平行四边形棱镜顶面；sc3-第三平行四边形棱镜远离透镜一侧；sc4-第三平行四边形棱镜胶合面；sd1-等腰直角棱镜靠近透镜一侧；sd2
‑‑
等腰直角棱镜胶合面；sd3-等腰直角棱镜底面。
具体实施方式
25.下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
26.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.实施例1，如图1-9所示，一种高消光比光纤放大器，所述光纤放大器由沿光路方向依次设置的第一增益光纤1、光阻断器2、第二增益光纤3组成，所述第二增益光纤上经合束器4连接有泵浦源5，泵浦源的光路方向与光纤放大器的信号光方向相反，所述光阻断器由依次间隔设置的双光纤准直器201、屋脊棱镜202、第一组合棱镜204、旋光器205、第二组合棱镜206组合而成，光阻断器内还设置有信号光滤光片203，所述双光纤准直器分别与第一增益光纤、第二增益光纤连接；所述泵浦源用于产生泵浦光；所述合束器，用于把泵浦光耦合入所述第二增益光纤内，并输出放大的信号光；所述第二增益光纤，用于吸收泵浦光，并对输出的信号光进行第二级放大；光阻断器用于滤除放大的自发辐射，并把第二增益光纤中剩余的泵浦光耦合到第一增益光纤内，同时隔离第二增益光纤中产生的反向光进入到所述第一增益光纤中；所述第一增益光纤，用于吸收泵浦光，并对输入的信号光进行第一级放大。
29.在本实施例中，所述双光纤准直器包括玻璃套管201e，所述玻璃套管内间隔设置有毛细管201c、透镜201d，所述毛细管内包覆有平行设置的第一双包层光纤201a、第二双包层光纤201b，第一双包层光纤、第二双包层光纤的一端伸出玻璃套管并分别与第一增益光纤、第二增益光纤连接，另一端朝向透镜，所述第一双包层光纤和所述第二双包层光纤的包层用于泵浦光的传输，纤芯用于信号光的传输，毛细管用于固定第一双包层光纤和第二双包层光纤，三者组成双光纤头；透镜用于泵浦光和信号光的准直耦合；玻璃套管用于固定双光纤头和所述透镜；第一增益光纤和第一双包层光纤通过熔接方式连接；第二增益光纤和第二双包层光纤通过熔接方式连接。
30.在本实施例中，所述屋脊棱镜的屋脊侧朝向第一组合棱镜，所述远离屋脊朝向透镜，所述第一组合棱镜由自上而下依次设置的第一平行四边形棱镜204a和第二平行四边形棱镜204b组成，所述旋光器由法拉第旋转器和二分之一波片组成，所述法拉第旋转器用于对信号光的偏振方向实现非互易性45度旋转；所述二分之一波片用于对信号光的偏振方向实现45度旋转；所述旋光器用于对从左向右传输的信号光的偏振方向不进行旋转，所述旋光器用于对从右向左传输的信号光的偏振方向进行90度的旋转，所述第二组合棱镜由自上
而下依次设置的第三平行四边形棱镜205a和等腰直角棱镜205b组成，第一平行四边形棱镜与第二平行四边形棱镜胶合连接，第三平行四边形棱镜的下表面和等腰直角棱镜的非腰面胶合连接，所述信号光滤光片与信号光入射方向成0.5~8度角放置。
31.在本实施例中，所述屋脊棱镜朝向透镜一侧平面上镀有对泵浦光反射且对信号光透射的膜，且此平面在透镜的焦平面上，用于反射泵浦光和透射信号光，所述屋脊棱镜用于把信号光折射成平行准直光，所述第一平行四边形棱镜、第二平行四边形棱镜朝向透镜一侧与远离透镜一侧上镀有信号光的增透膜，所述第一平行四边形棱镜的上表面、第二平行四边形棱镜的下表面上均镀有信号光的高反膜，所述第一平行四边形棱镜与第二平行四边形棱镜的胶合面上镀有偏振分光膜，所述第三平行四边形棱镜与等腰直角棱镜朝向透镜一侧、等腰直角棱镜的底侧上均镀有信号光的增透膜，所述第三平行四边形棱镜的顶面一侧上镀有信号光的高反膜，所述第三平行四边形棱镜与等腰直角棱镜的胶合面上镀有偏振分光膜。
32.在本实施例中，所述信号光滤光片位于屋脊棱镜与第一组合棱镜之间，所述信号光滤光片两面均镀有窄带滤光膜，让信号光通过，让放大的自发辐射光反射；第三平行四边形棱镜的远离透镜一侧上镀有信号光的高反膜。
33.在本实施例中，所述第一平行四边形棱镜、第二平行四边形棱镜、第三平行四边形棱镜的截面为45度平行四边形；第一平行四边形棱镜、第二平行四边形棱镜、第三平行四边形棱镜、屋脊棱镜朝向透镜一侧平面与光阻断器长度方向垂直；第一平行四边形棱镜、第二平行四边形棱镜为形状相同的棱镜，第三平行四边形棱镜底面与等腰直角棱镜的非腰面完全贴合，等腰直角棱镜的两个相互垂直的腰面，其中一个与与光阻断器长度方向垂直，另一个位于底面。
34.一种高消光比光纤放大器的泵浦光路线工作方法：泵浦源的泵浦光经合束器进入第二增益光纤，第二增益光纤部分吸收后，剩余的泵浦光传输到第二双包层光纤内，被透镜准直后输入到屋脊棱镜，泵浦光被屋脊棱镜的平面反射后回到透镜，透镜耦合到第一双包层光纤内，再传输到所述第一增益光纤内。
35.一种高消光比光纤放大器的放大信号光路工作方法：输入的信号光经第一增益光纤的第一级放大后传输到第一双包层光纤，再经透镜准直后入射到屋脊棱镜，被屋脊棱镜折射后成平行准直光，平行准直光经过信号滤光片后，信号光波长透过但放大的自发辐射光被反射，透过的信号光由第一平行四边形棱镜靠近透镜一侧入射，被第一平行四边形棱镜的顶面反射后入射到第一组合棱镜的胶合面，被胶合面内的偏振分光膜分成了s偏振的信号光分量1和p偏振的信号光分量2；
36.s偏振的信号光分量1被胶合面反射，并经第一平行四边形棱镜远离透镜一侧透射到法拉第旋转器，法拉第旋转器对s偏振的信号光分量1实现逆时针45度的旋转，旋转后的信号光经过二分之一波片205b后实现顺时针45度的旋转，信号光重新变为了s偏振的信号光分量1，然后入射到第三平行四边形棱镜，透过第三平行四边形棱镜靠近透镜一侧面后被第三平行四边形棱镜的顶面反射，再被第二组合棱镜的胶合面反射后入射到第三平行四边形棱镜远离透镜一侧面，被第三平行四边形棱镜远离透镜一侧面反射后沿原光路回到二分之一波片，s偏振的信号光分量1的偏振方向被逆时针旋转了45度后入射到法拉第旋转器，旋转后的信号光的偏振方向再被逆时针旋转了45度，从而变为了p偏振的信号光分量1，p偏
振的信号光分量1透过第一平行四边形棱镜员例透镜一侧与胶合面后，进入第二平行四边形棱镜，然后由第二平行四边形棱镜靠近透镜一侧透射，经过信号滤光片后，信号光波长透过但放大的自发辐射光被反射，透射的p偏振的信号光分量1经过屋脊棱镜后入射到透镜，被透镜耦合到第二双包层光纤的纤芯内，传输到第二增益光纤内被进行第二级的放大后由所述合束器输出，从而实现了信号光的两级放大。
37.p偏振的信号光分量2被第一组合棱镜的胶合面透射，经第二平行四边形棱镜的底面反射和第二平行四边形棱镜的远离透镜一侧透射后，入射到法拉第旋转器，法拉第旋转器对p偏振的信号分量2光实现逆时针45度的旋转，旋转后的信号光分量2经过二分之一波片后实现顺时针45度的旋转，重新变为了p偏振的信号光分量2，然后入射到等腰直角棱镜，经等腰直角棱镜靠近透镜一侧和第二组合棱镜的胶合面透射后入射到第三平行四边形棱镜，被第三平行四边形棱镜远离透镜一侧面反射后沿原光路回到二分之一波片，p偏振的信号光分量2的偏振方向被逆时针旋转了45度后入射到法拉第旋转器，旋转后的信号光的偏振方向再被逆时针旋转了45度，从而变为了s偏振的信号光分量2，s偏振的信号光分量2经第二平行四边形棱镜远离的透镜一侧透射、底面反射、胶合面反射、靠近透镜一侧面透射出第二平行四边形棱镜，经过信号滤光片后，信号光波长透过但放大的自发辐射光被反射，透射的s偏振的信号光分量2经过屋脊棱镜后入射到透镜，被透镜耦合到所述第二双包层光纤的纤芯内，传输到所述第二增益光纤内被进行第二级的放大后由所述合束器4输出，从而实现了信号光的两级放大。
38.一种高消光比光纤放大器的方向光工作方法：由第二增益光纤内放大产生的后向光经第二双包层光纤，被透镜准直到屋脊棱镜，后向光经过屋脊棱镜后被折射成平行准直光，入射并经过信号滤光片后入射到第二平行四边形棱镜，被第二平行四边形棱镜靠近棱镜一侧面透射，并被胶合面的偏振分光膜分成了s偏振的信号光分量3和p偏振的信号光分量4；
39.s偏振的信号光分量3依次被第二平行四边形棱镜的胶合面反射、底面反射、远离透镜一侧面透射，入射到法拉第旋转器，法拉第旋转器对s偏振的信号光分量3实现逆时针45度的旋转，旋转后的信号光经过二分之一波片后实现顺时针45度的旋转，信号光重新变为了s偏振的信号光分量3，并入射到等腰直角棱镜，依次被等腰直角棱镜靠近透镜一侧面透射、胶合面反射、底面透射，从而传输到了整个放大器的光路之外，从而实现了反向光的隔离；
40.p偏振的信号光分量4依次被第一平行四边形棱镜的胶合面透射、远离透镜一侧面透射后，入射到法拉第旋转器，法拉第旋转器对p偏振的信号光分量4实现逆时针45度的旋转，旋转后的信号光经过二分之一波片后实现顺时针45度的旋转，信号光重新变为了p偏振的信号光分量4，并入射到第三平行四边形棱镜，依次被靠近透镜一侧面透射、顶面透射、胶合面透射，最后从等腰直角棱镜的底面透射，从而传输到了整个放大器的光路之外，从而实现了反向光的隔离。
41.实施例2，如图10所述，实施例2与实施例1的不同之处在于所述信号光滤光片位于双光纤准直器与屋脊棱镜之间，所述信号光滤光片面向所述双光纤准直器的面镀有泵浦光反射而信号光透射的膜，另一面镀有信号光窄带滤光膜，信号光窄带滤光膜用于信号光通过，放大的自发辐射光反射，第三平行四边形棱镜的远离透镜一侧上镀有信号光的高反膜，
所述屋脊棱镜上镀有信号光透射膜，实施例2的其余部分都与实施例1相同，这里不再赘述。
42.实施例3，如图11所述，实施例3与实施例1的不同之处在于所述信号光滤光片位于第二组合棱镜远离透镜一侧后，即最后侧，所述信号光滤光片后侧还设置有反光镜，用于反射信号光，所述信号光滤光片面向第二组合棱镜的面上镀有信号光窄带滤光膜，所述第二组合棱镜远离透镜一侧上镀有信号光透射膜，实施例2的其余部分都与实施例1相同，这里不再赘述。
43.上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。
44.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
45.本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
46.另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。
47.本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
48.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。