[发明专利]多段级联式1064nm波段高功率ASE光源

说明书

技术领域

本发明涉及到光纤通信、光纤传感以及光纤探测等领域所应用的光源，尤其是一种多段级联式结构的1064nm波段高功率输出ASE光纤光源。

背景技术

1064nm波段ASE光源是利用稀土掺杂镱离子（Yb³⁺）光纤放大自发辐射（Amplified Spontaneous Emission，ASE）原理制作的宽带光源，由于具有宽发射谱、较高输出功率（普通ASE光源输出功率约几十mW而言）、稳定性高和易于与光纤系统有效的耦合等优势，成为理想ASE光源的最佳选择。

该类型ASE光源采用多模包层泵浦技术，用800~1100nm附近的半导体泵浦激光器抽运稀土掺杂镱离子（Yb³⁺）有源双包层光纤（YDF），可以产生1000~1150nm波段输出的放大自发辐射（ASE）光。由于发光二极管（LED）、超辐射发光二极管（SLD）或传统ASE光源都具有低输出功率的缺点，严重限制了它们在通信系统中的广泛应用，因此，尤其对高功率输出ASE光源提出了十分迫切的需求。

对于单段式结构ASE光源，不管采取前向、后向或双向泵浦方式，还是单程或双程输出，为了获得高功率ASE光输出，相应就要使用很强的泵浦功率对YDF进行抽运，这会带来一些无法克服的问题。一是YDF增益很高，依赖单纯地增加泵浦光功率，非常容易自激振荡形成激光输出，产生不了ASE光。二是泵浦光在完成抽运过程后，相对残余泵浦能量会较为可观，残留包层泵浦光会对光纤和光器件造成损伤，以及引起输出功率不稳定。三是高功率ASE光源输出端方向一般连接1064nm高功率光隔离器，保证光的单向传输和抑制光反射，但是其隔离度指标与工作带宽有限，其中心波长的隔离度也仅30dB左右，能否有效保证对光纤端面光反射或光反馈的抑制能力？四是双包层光纤熔接接点再涂覆工艺问题，一般合束器输出无源双包层光纤与有源双包层光纤需要熔接，对剥覆后的接点需要专门的高成本涂覆机进行再涂覆保护，涂覆工艺质量好坏直接会影响泵浦耦合效率（均匀一致性差、不匹配的接点涂覆效果导致泵浦光泄露），至少约30%泵浦光进不了有源双包层光纤内包层，也影响光纤机械性能。

发明内容

本发明的目的在于解决上述ASE光源存在的问题，提出多段级联式1064nm波段高功率ASE光源。

本发明采用多段级联式结构，采用多模包层泵浦技术，用泵浦波长800~1100nm附近的半导体泵浦激光器，包层抽运高掺杂镱离子（Yb³⁺）有源双包层光纤（YDF），泵浦光通过合束器耦合进入YDF内包层，穿越YDF纤芯时，Yb³⁺离子吸收泵浦光在其作用下从基态能级跃迁到高能级，随着泵浦功率增强，自发辐射粒子数逐渐增加并实现反转，单个粒子独立的自发辐射逐渐变为多个粒子协调一致的受激辐射，即产生较高功率输出1000~1150nm波段的放大自发辐射（ASE）光。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

多段级联式1064nm波段高功率ASE光源，其包括n段级联结构，每一段级联结构均包括顺次连接的有源合束器、有源双包层光纤（YDF）和光隔离器,第i段级联结构的光隔离器输出端与第i+1段级联结构的有源合束器输入端相连；第i段级联结构包括第i级有源合束器、第i段有源双包层光纤（YDF）和第i个光隔离器,i为级联结构所在段的序号；第n段级联结构中，有源双包层光纤与光隔离器之间连接有一个包层模滤除器；第n个光隔离器的输出端为所述ASE光源输出端,第一级有源合束器输入端与第n+1个光隔离器输入端相连，第n+1个光隔离器输出端与功能型多模光纤相连；所述有源双包层光纤为掺镱光纤。

上述多段级联式1064nm波段高功率ASE光源中，还包括半导体泵浦激光器，采用多模耦合器将半导体泵浦激光器的输出功率分为n部分，将这n份泵浦光的输出尾纤分别与n级有源合束器的泵浦输入光纤相连，分别为n段有源双包层光纤提供泵浦光能量，第n份泵浦光功率最高。

上述多段级联式1064nm波段高功率ASE光源中，每一级有源合束器均各自包括无源双包层光纤和泵浦输入光纤，无源双包层光纤与同一级的有源双包层光纤熔接，泵浦输入光纤熔融拉锥耦合于同一级有源双包层光纤内包层上面。

上述多段级联式1064nm波段高功率ASE光源中，所述半导体泵浦激光器输出波长为800～1000nm，输出功率大于1W，输出尾纤纤芯直径为105～200μm，包层直径为125～220μm，数值孔径为0.12～0.22。