[发明专利]一种可自动改变重复频率的环形腔多通道脉冲光纤放大器

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲激光多通道放大技术领域，具体涉及一种可自动改变重复频率的环形腔多通道脉冲光纤放大器。

背景技术

高功率脉冲激光在工业加工、生物医疗、光通信等领域具有广泛的应用价值。我国正大力扶持高功率脉冲激光的研究。但若激光器工作在脉冲方式下，引入的调制器件会带来较大的插入损耗，使得脉冲激光器的光-光转换效率大幅度降低。通常从单个脉冲激光器输出的平均功率只在毫瓦量级。为了得到更高能量和功率的脉冲输出，基于主振荡功率放大系统（master oscillator power amplifier： MOPA）的多级脉冲光放大器成为研究的重点并已取得很大成果[1] Sheng-Ping Chen et al., 100 W all fiber picosecond MOPA laser, Opt. Express 17(26): 24008, 2009。在已报道的单通道级联多级脉冲放大技术中，毫瓦量级的脉冲种子光经过单通道预放大，输入脉冲信号仅一次通过有源区，有源区的非饱和增益状态引起了大量的自发辐射（amplified spontaneous emission:ASE），ASE不仅消耗了泵浦能量，且被后面的多级放大系统继续放大，加剧了ASE噪声。如果使用滤波器件无疑可以得到干净的脉冲输出，但放大器的转换效率受到了很大影响。除此之外，预放大器内光纤熔接处都会存在弱反馈，引起寄生激射及部分信号光反复穿越有源区（由此而形成的脉冲称为次脉冲，输出的脉冲称为主脉冲）等物理现象，因此单通道放大系统的输出变得复杂；2003年YongWang等对单通道脉冲掺镱光纤放大器的动态特性进行了详细深入的研究，文中首次研究了弱反馈对主脉冲输出能量的影响[2] Yong Wang and Hong Po, Dynamic Characteristics of Double-Clad Fiber Amplifiers for High-Power Pulse Amplification, Journal of Lightwave Technology 21(10):2262, 2003。基于单通道脉冲放大过程的诸多问题逐渐显露，多通道放大结构已经提出并开展了广泛研究。目的基于两点：提高脉冲放大的转换效率，抑制自发辐射及自激振荡噪声。已有多通道激光放大技术是基于偏振控制理论、环形腔行波放大以及耦合模理论等而产生的一种激光放大技术。其技术难点在于采用特殊措施对放大器的输入信号和输出信号进行有效隔离，使信号光两次(或更多次)通过有源区放大。[3].M. Siebold, M. Loeser, U. Schramm, J. Koerner, M. Wolf, M. Hellwing, J. Hein and K. Erte High-efficiency, room-temperature nanosecond Yb:YAG laser, OPTICS EXPRESS 17(22):19887-19893, 2009.而本申请书提出的不依赖于偏振控制放大传输通道，通过环形腔循环使脉冲光多次经过增益介质，并达到自动改变重复频率的目的。对于小信号输入，该放大器自动达到增益饱和，并提高脉冲放大器的转换效率，抑制自发辐射噪声；结构简单，具有较高的推广价值。有关该方面的专利有：[4] 中国专利申请：申请号：200610025498.2，日期：2006.04.06，申请人：杨爱萍，环形腔调Q光纤激光再生放大器。该专利重点是在环形激光放大腔实现腔内调Q激光运转，当信号脉冲被放大到所需能量值后，由光开关控制将放大信号脉冲自放大腔内输出。因此基于环形腔多通道脉冲光纤放大器，实现自动重复频率变换，至今未见全面报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，而提供一种结构简单的可自动改变重复频率的环形腔多通道脉冲光纤放大器，利用激光脉冲在放大腔内传输时间与脉冲周期的差异，在时域上出现自动改变重复频率的结果，同时影响脉冲放大输出的其他特征，为多通道脉冲放大提供了一种新的光路设计和分析方法。

本发明采用的技术方案是：这种可自动改变重复频率的环形腔多通道脉冲光纤放大器，包括至少一个泵浦激光器、一段增益光纤和由光纤无源器件组成的激光放大环形腔，所述的光纤无源器件包括：一个对泵浦光和信号光耦合的波分复用器，一个相应波长的合束器、一个一定比例的分束器和一个相应波长的隔离器，合束器、波分复用器、增益光纤、隔离器、分束器通过无源光波导光纤连接构成激光放大环形腔，脉冲激光和泵浦激光连接激光放大环形腔，激光放大环形腔输出通过分束器按比例分别连接放大器输出端和激光放大环形腔的合束器输入端。