[发明专利]线偏振激光输出高功率光纤放大器及输出控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤放大器，具体涉及一种应用于主振荡激光放大结构（MOPA）光纤激光器末级的、稳定功率输出的、线偏振激光输出高功率光纤放大器及输出控制方法。

背景技术

高功率光纤激光器以其散热方式简单、结构紧凑、输出功率大、功率密度高和寿命长等优点，在空间领域、精密加工、激光雷达、激光测距、激光医疗等领域有着广泛的应用。其中，采用主振荡激光放大技术的线偏振高功率光纤激光器由于具有线偏振高功率输出特性，在某些特殊激光应用技术领域广受欢迎。然而，由于光纤激光器或光纤放大器容易受到振动、应力变化和温度变化等环境因素的影响，激光器偏振态会有随机性变化，使激光器单一偏振态下输出功率出现较大的波动。

发明内容

为了克服目前的主振荡激光放大结构线偏振光纤激光器系统偏振稳定性差、输出激光起偏后功率稳定性严重下降的缺点，本发明提供一种可以使光纤激光器输出稳定线偏振激光的MOPA结构光纤激光器的末级光纤放大器，即线偏振激光输出高功率光纤放大器。

本发明还提供此种光纤放大器的输出控制方法，检测副偏振轴线偏振激光输出功率，计算泵浦驱动电流，改变输出总功率，使主偏振轴线偏振激光输出功率稳定在设定值上。

本发明解决技术问题的出发点是：通过监控光纤放大器的输出总功率和偏振态变化幅度，来调节光纤放大器的各泵浦激光器功率，补偿光纤放大器起偏输出后的偏振态引起的功率变化。

输入激光信号功率一定时，光纤放大器的泵浦激光器的驱动电流与光纤放大器输出总功率存在固定的比例关系，监控泵浦激光器驱动电流就可以得到光纤放大器的输出总功率；再通过监控起偏器副偏振轴线偏振激光输出的激光功率，由总功率减去副偏振轴线偏振激光输出功率就得到了起偏输出的主偏振轴的激光功率；最后通过调节光纤放大器的泵浦激光器驱动电流改变泵浦激光器功率，以补偿光纤放大器因偏振态变化造成的输出线偏振激光功率波动，获得稳定功率的主偏振轴激光输出。

本发明所设计的线偏振激光输出高功率光纤放大器，包括光隔离器、泵浦合束器、双包层有源光纤、光纤准直器、起偏器、泵浦激光器和泵浦激光器驱动控制电路，功率恒定的激光信号经光隔离器后接入泵浦合束器的信号输入端，泵浦激光器接入泵浦合束器的泵浦输入端，共同由泵浦合束器的输出端进入双包层有源光纤，进行放大，双包层有源光纤的输出连接光纤准直器，光纤准直器的输出接入起偏器，起偏器有主偏振态激光输出端口和与之正交的副偏振态激光输出端口，前者输出主偏振轴线偏振激光，后者输出副偏振轴线偏振激光。所述泵浦激光器驱动控制电路包括泵浦驱动电路、电流检测器、光电探测器和微处理器，泵浦驱动电路的输出端连接泵浦激光器、其输出的驱动电流控制泵浦激光器的输出功率。起偏器的副偏振态激光输出端口连接光电探测器，监控起偏器副偏振轴线偏振激光输出的激光功率。泵浦驱动电路的输出端与泵浦激光器之间串联电流检测器，电流检测器监控泵浦驱动电路输入泵浦激光器驱动电流的大小。光电探测器和电流检测器的的信号输出端均与微处理器信号输入端连接，微处理器的信号输出端连接泵浦驱动电路的控制端，泵浦驱动电路的工作状态受微处理器控制。

输入激光信号为连续激光信号或脉冲激光信号，即本发明的光纤放大器可以是连续激光放大器，也可以是脉冲激光放大器。

本光纤放大器在输入激光信号功率恒定、且放大器散热良好的情况下工作。

所述光隔离器与光纤放大器的工作波长和输出功率相匹配。

所述光纤准直器与光纤放大器的输出光纤和工作波长相匹配。

所述起偏器与光纤放大器工作波长相匹配。

所述泵浦合束器为(n+1)×1泵浦合束器，其工作波长与光纤放大器工作波长和泵浦功率相符合，其中n为泵浦合束器的泵浦输入端口，n大于等于2。

所述泵浦激光器为N个光纤输出方式的大功率多模激光二极管，N≤n。

所述双包层有源光纤掺杂的有源增益介质是镱离子(Yb³⁺)，铒离子（Er³⁺），铒镱共掺，钕离子（Nd³⁺）中的任一种，根据光纤放大器工作波长选择。

所述光隔离器、泵浦合束器、双包层有源光纤、光纤准直器均为保偏光器件，或者均为非保偏光器件。。

本发明线偏振激光输出高功率光纤放大器的输出控制方法包括如下工作步骤：

Ⅰ、系统初始化