[发明专利]高功率激光光纤放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光放大器，具体涉及一种激光光纤放大器，尤其是一种可以承受高功率激光的激光光纤放大器。 

背景技术

高功率光纤激光技术是近年来国际激光技术领域一个活跃的研究方向。相比传统固体、气体、半导体等介质的激光技术，光纤激光器具有光束质量好、效率高、轻便、稳定性可靠性好、输出功率高、可全固体化半导体激光泵浦等优点。这种激光光源适用于激光雷达、材料精密激光加工、精密光刻、空间激光通讯、激光遥感等领域。通常，将平均功率大于10瓦的光纤激光器称为高功率光纤激光器。 

根据光纤激光器的工作原理和特点，通常高功率光纤激光器由低功率种子激光器和单级或多级光纤放大器组成，采用震荡器-功率放大级工作模式，将低功率种子激光器放大到预定的激光功率（具体级数由放大激光功率决定）。由于光纤具有增益比较高的特点，为防止各级光纤放大器之间的增益耦合而产生放大级间构成的激光震荡，必须在各级光纤放大器（包括种子激光器与后续放大级）之间放置光隔离器，以保证激光单向通过而不构成多次反射形成激光谐振腔。 

一般每一级光纤放大器由包括光隔离器、泵浦和信号激光合束器、增益光纤等元器件组成。信号激光从进口端入射，经过光隔离器、泵浦和信号激光合束器以后进入增益光纤，信号激光在增益光纤中放大。光隔离器一方面阻止任何反方向的光进入上一级放大器或者种子激光器中，另一方面能够有效地防止这一级放大器和来自前级反射面形成激光腔。泵浦和信号激光合束器将泵浦激光传入光纤。泵浦激光可以是单模泵浦激光，也可以是多模泵浦激光，泵浦激光是被增益光纤吸收后转化为信号激光的能量，因此信号激光得到放大，从出口端输出。 

光隔离器一般放在泵浦和信号激光合束器之前以便于泵浦激光传输。但是，光纤激光信号输出后往往会入射到反射面，激光被反射回光纤激光腔。因此，有时隔离器放在光纤放大器的出口端。当然光隔离器也可以同时放在进口端和出口端。 

为实现上述光纤放大器，现有技术中，采用的光隔离器一般都是自由空间光纤耦合的。如附图1所示，是现有光隔离器的结构示意图。入射光纤中的激光经过第一透镜变为准直激光，准直激光经过第一激光偏振器后进入法拉第旋光器，偏振方向被旋转45度后进入第二激光偏振器。第二激光偏振器和第一激光偏振器的偏振角度相差45度。然后再通过第二透镜聚焦，进入出射光纤。上述结构中，光隔离器的各元件之间的间隙内存在空气。当激光束被聚焦回出射光纤时，光斑尺寸非常小，通常小于20微米。如果透镜和光纤的相对位置稍有不当，就会导致光纤损坏。因此目前几乎所有自由空间光纤耦合的光隔离器的激光通过功率不大于20瓦。也就是说光纤放大器的激光功率受到光隔离器这一元件的限制。 

目前，已研究出磁敏光纤，它在外界磁场的作用下，有良好的透光性和法拉第旋光性，配用起偏器可制成光隔离器。但是，该磁敏光纤仅能替代上述结构中的法拉第旋光器，需要配合使用偏振器，仍然由透镜把激光耦合至出射光纤中。 

发明内容

本发明的发明目的是提供一种高功率激光光纤放大器，通过结构改进，解决现有技术中由于受到光隔离器组装难度大、易损坏的缺陷导致的功率限制问题。 

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高功率激光光纤放大器，包括泵浦激光器、泵浦信号激光合束器、增益光纤和至少一个光隔离器，所述泵浦激光器的输出端连接至泵浦信号激光合束器的输入端，泵浦信号激光合束器的输出端连接至增益光纤的输入端；所述光隔离器为全光纤法拉第旋光隔离器，包括第一光纤偏振器、磁敏光纤和第二光纤偏振器，所述第一光纤偏振器的出射端与磁敏光纤的入射端熔接连接，所述磁敏光纤的出射端与第二光纤偏振器的入射端熔接连接；第一光纤偏振器的入射端和第二光纤偏振器的出射端分别与相邻的光纤熔接连接。 

上述技术方案中，所述光隔离器设置在泵浦信号激光合束器之前，前一级的输出光纤与所述光隔离器的第一光纤偏振器的入射端熔接连接，所述光隔离器的第二光纤偏振器的出射端与泵浦信号激光合束器的信号输入端光纤熔接连接。连接激光光纤放大器的前一级输出光纤可以是种子激光光源的输出光纤，也可以是前一级光纤放大器的输出光纤。 

或者，所述光隔离器设置在增益光纤之后，所述增益光纤的出射端与所述光隔离器的第一光纤偏振器的入射端熔接连接，所述光隔离器的第二光纤偏振器的出射端与后一级的输入光纤熔接连接。所述后一级的输入光纤可以是指后一级放大器的输入端，也可以是指出射光纤的输入端。 

或者，在泵浦信号激光合束器之前和增益光纤之后分别设置有光隔离器。