[发明专利]用于高功率水平的级联拉曼激光发射的系统和方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2009年5月11日提交的61/177058号美国临时专利申请的优先权，该申请由本申请的受让人拥有，其全部内容通过引用包含在本文中。

技术领域

本发明总体上涉及光纤装置和方法，并且更具体地，涉及改进的用于高功率水平的级联拉曼激光发射的系统和方法。

背景技术

光纤激光器和放大器典型地基于掺有激光激活(laser-active)的稀土离子(如镱(Yb)、铒(Er)、钕(Nd)等)的光纤。光纤中的受激拉曼散射是有用的效应，其可被用于在这些光纤不工作的波长区域提供非线性增益。当激光束通过拉曼激活(Raman-active)光纤传播时发生受激拉曼散射，结果导致称为“斯托克斯频移”的可预知的波长增加。通过在一段拉曼激活光纤的输入端和输出端提供一系列特定波长的反射光栅，可以产生一系列级联斯托克斯频移，以将初始波长转换为选定的目标波长。

图1是根据现有技术的一个示例性系统20的图，其中使用受激拉曼散射产生用于泵浦掺铒光纤放大器(EDFA)的高功率输出。如所示出的，系统20包括两个级：整体(monolithic)Yb光纤激光器40和级联拉曼谐振器(CRR)60。

在激光器40中，由一段在1000nm至1200nm的区域内工作的双包层掺Yb光纤42提供激活介质。在光纤42的输入端提供高反射光栅44，并且在光纤42的输出端提供输出耦合光栅46。在该例子中，光栅44和46被写入熔合到光纤42的分开的无源光纤段中。还可以将光栅44和46直接写入光纤42的输入端和输出端中。

高反射器件44、输出耦合器46和光纤42一起用作激光器谐振器48。由利用锥形光纤束(tapered fiber bundle，TFB)52耦合到光纤42的多个泵浦二极管50向光纤42提供泵浦能量。在该例子中，激光器40提供波长为1117nm的单模辐射作为输出。

该激光器的输出作为进入CRR 60的输入发出。CRR 60包括拉曼激活光纤62，包括在其输入端提供的第一多个高反射光栅64和在其输出端提供的第二多个高反射光栅66。在拉曼光纤62的输出端处还提供了输出耦合光栅68。在该例子中，输入光栅64和输出光栅66被写入熔合到光纤62的分开的无源光纤段中。还可以将光栅64和66直接写入光纤62的输入端和输出端中。

输入高反射器件64、输出高反射器件66、输出耦合器68和拉曼光纤62提供一系列嵌套的拉曼腔体70，所述腔体在宽范围上产生一系列级联的斯托克斯频移，以一系列步骤将1117nm的输入波长增加到1480nm的目标波长。输出耦合器68提供1480nm的目标波长的系统输出72，该输出可被随后用于以基模泵浦高功率掺铒光纤放大器(EDFA)。

系统20可被用于需要1480nm以外的其它输出波长的其它应用，并且可被配置为只在单个步骤中产生输出波长。

尽管图1示出使用光栅64、66和68构造的级联拉曼谐振器，但是使用其它波长选择性元件(如熔合光纤耦合器(fused-fiber coupler)和薄膜滤波器)以及其它结构(如WDM环路镜)的类似谐振器也是公知的。另外，还可以考虑线性、单向环或双向环腔体几何结构。此外，图1示出了配置成作为激光器工作的级联拉曼谐振器，但是它同样可通过中断最后一组光栅并替代注入该波长的信号而被配置成作为放大器工作。与图1中所示的配置类似，这些附加配置将在一系列步骤中将1117nm的输入波长增加到1480nm的目标波长。

现有技术的系统20受到已知的局限的影响。例如，一个问题是由于在系统20中将针对不同波长和位置的多个反射器结合产生了耦合的多个腔体这一事实引起的。例如，将看到针对1117nm的激光波长存在三个反射器，即反射器44和46以及输出反射器组66中最左侧的部件。一般来说，对于相对低功率的系统(例如在1480nm输出5W)而言，这不会造成问题，但是对于高功率的系统而言，这会造成问题。近来，对拉曼光纤激光器的功率范围进行了研究，并且从CRR已经展示出了高达41W的功率水平。类似的情况还出现在使用其它公知结构(例如利用WDM环路镜)构造的级联拉曼谐振器中。