[实用新型]一种偏振自动稳定控制的全光纤级联激光放大装置

说明书

技术领域

    本实用新型属于激光技术领域，涉及一种偏振自动稳定控制的全光纤级联激光放大装置。

背景技术

光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、结构紧凑、寿命长等优点，近年得到迅猛的发展。其中高功率脉冲光纤激光器由于具有增益特性好、作用时间短、峰值功率高、使用灵活、与光纤通信系统连接方便、无需水冷等特点，在材料加工、医疗处理、激光化学、高能物理、精密计量领域已经得到了广泛应用，也是当今光电信息领域前沿方向之一。

高功率脉冲光纤激光器，通常采用低功率种子源和多级功率放大器组成，即MOPA（Master Oscillator Power Amplifier）。种子源和预放大级中的器件通常采用非保偏器件，光脉冲偏振态不固定，同时主放大级通常采用对称的双包层增益光纤或光子晶体光纤。光纤放大器工作的环境中存在机械震动、温度变化等环境干扰，放大器中的非保偏光纤极易受到环境中这些变化因素的干扰，从而会导致输出光的偏振态发生抖动。然而，放大光束的相干合成、相干探测、非线性频率转换、光学参量放大、光谱组合、光纤陀螺、光纤传感、光纤通信外调制、激光光谱等一系列重要应用，都对高功率脉冲光纤激光器的偏振性有很高的要求，激光器保偏输出也成为一个研究重点。为解决此问题，以往的方案多采用保偏的光子晶体光纤或者双包层增益光纤来保持偏振稳定的输出，但是保偏的大模场光子晶体光纤和双包层增益光纤制作困难，价格贵，熔接使用不太方便，制作或装配工艺较复杂，激光放大系统光路中的其他器件也都相应地采用保偏光纤，成本进一步增加，况且大模场保偏光纤光学元器件制作工艺也相对不成熟。这些因素限制了这种方法的推广应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足之处，提出一种偏振自动稳定控制的全光纤级联激光放大装置，该装置采用多个放大结构级联的方式，有效稳定放大脉冲功率，每个放大结构都基于偏振分束器和法拉第旋转镜作用，利用普通非保偏光纤实现脉冲功率放大同时输出固定线偏振态的高功率脉冲激光。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种偏振自动稳定控制的全光纤级联激光放大装置，特点是：该装置包括种子源、基于法拉第旋转镜的一级或多级预放大结构及基于法拉第旋转镜的主放大结构，种子源保偏输出固定偏振态的线偏振脉冲激光，依次通过所述基于法拉第旋转镜的一级或多级预放大结构和基于法拉第旋转镜的主放大结构，基于法拉第旋转镜的主放大结构中偏振分束器一保偏端为输出端。

所述种子源输出的脉冲激光为皮秒或飞秒锁模光纤激光，或者是纳秒锁模光纤激光，通过偏振分束器输出线偏振脉冲激光。

所述基于法拉第旋转镜的一级或多级预放大结构的各级预放大结构相同；多级放大采用级联方式，每级结构包括保偏光纤隔离器、偏振分束器、半导体激光器、波分复用器或泵浦合束器、增益光纤、法拉第旋转镜，各级预放大结构内增益光纤类型和长度相同或不同。每级结构中保偏光纤隔离器、偏振分束器、半导体激光器、波分复用器或泵浦合束器、增益光纤、法拉第旋转镜依次连接。

所述保偏光纤隔离器的输入端和输出端均采用保偏熔接方式熔接。

所述的增益光纤为掺杂稀土元素中的一种或多种掺杂离子的单模光纤或大模场光纤。

所述法拉第旋转镜在脉冲中心波长处有大于98%的反射率，同时改变偏振方向90度。

所述的基于法拉第旋转镜的主放大结构中保偏光纤隔离器、偏振分束器、半导体激光器、泵浦合束器、增益光纤、法拉第旋转镜依次连接，偏振分束器一保偏端为输出端。

所述主放大结构中的增益光纤为掺杂稀土元素离子中的一种或多种掺杂的单模光纤、大模场多模光纤、双包层光纤或光子晶体光纤。

所述主放大结构中的法拉第旋转镜可以工作在高功率下，在脉冲中心波长处有大于98%的反射率，同时改变偏振方向90度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

⑴、本实用新型采用法拉第旋转镜和偏振分束器的结构输出偏振态固定的线偏振脉冲激光，线偏振脉冲激光可以运用在倍频、和频等非线性光学，生物成像以及精密测量等许多领域；

⑵、本实用新型采用普通的非保偏光纤器件实现功率放大，输出线偏振的高功率脉冲激光；

⑶、本实用新型采用的预放大结构级数可扩展，每级预防大结构增益光纤长度和半导体激光器泵浦功率可变，可调参数多，灵活性大；

⑷、本实用新型采用的放大结构，可方便地用于高功率皮秒和飞秒脉冲光纤激光的脉冲压缩；