[发明专利]基于随机光纤激光的光谱合成方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体的涉及一种基于随机光纤激光的光谱合成方法及其装置。

背景技术

光谱合成是把不同波长的激光合成一束后，再发射出去，通过将不同波长的激光合并后，在提升光束输出功率的同时，也提升了光束整体的亮度。因此，光谱合成作为提升激光光束总输出功率的方法，近年来备受关注。与相干合成相比，光谱合成装置的结构更加简单。光谱合成只对单路激光的光谱特性有要求。而对合成所用激光的相干性无严格要求，这使合成更易于控制。

目前光谱合成方法主要有两类，一类是基于光栅(体布拉格光栅或电解质光栅)进行光谱合成；另一类是基于双色镜进行光谱合成。这两种合成方法对单路光源的谱宽要求相对较高。对于电介质光栅光谱合成方法，在现有技术条件下，为了使入射激光满足光栅衍射方程，同时不至于使光束质量退化，必须对激光光谱的宽度进行严格控制(参见C.Wirth,O.Schmidt,I.Tsybin等发表于OpticsLetters,2011,36(16):3118-3120的《Highaveragepowerspectralbeamcombiningoffourfiberamplifiersto8.2kW.》)。而对于体布拉格光栅，同样为了保证较高的合成效率，激光的波长范围必须严格满足布拉格条件。当采用双色镜进行光谱合成时，虽然从合成角度来说，所用装置对光谱宽度没有严格要求，但是现有合成器件的透过率谱有限，较宽的谱线经过双色镜后必然会导致可合成激光路数的减少，进而限制了光谱合成后对激光功率的提升。例如，3千瓦光纤放大器的典型输出光谱半高全宽为3.9纳米，而95％能量激光对应的光谱宽度约为6纳米，假设双色镜的透过谱能达到100纳米宽，则光谱合成装置最大能合成激光路数为16路。(参见H.Yu,H.Zhang,H.Lv,X等发表于AppliedOptics,2015,54(14):4556-4560的《3.15kWdirectdiode-pumpedneardiffraction-limitedall-fiber-integratedfiberlaser》)光谱合成后激光路数损失较多。

在低功率条件下，单路光纤放大器系统的输出谱线宽度可以通过调整种子激光的光谱特性进行控制。但是在光纤中，由于自相位调制、交叉相位调制、四波混频等非线性效应的影响，传统激光的光谱在放大过程中会不断的展宽，特别是在激光功率较高的情况下，光谱展宽较为明显。从而限制了可以用于光谱合成的单路激光的功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于随机光纤激光的光谱合成方法及其装置，该发明解决了现有技术中由于光谱展宽使得所得激光的功率无法得到大幅度提高，从而限制光谱合成功率提升的技术问题。

本发明的一方面还提供了一种基于随机光纤激光的光谱合成方法，包括以下步骤：以随机光纤激光作为种子光源进行光谱合成，得到合成激光；随机光纤激光由随机激光种子源产生。

进一步地，还包括对随机光纤激光进行功率放大的步骤，随机光纤激光波长为1040nm～1120nm时，放大步骤在掺镱增益光纤中进行；随机光纤激光波长为1900～2100nm时，放大步骤在掺钬或掺铥增益光纤中进行。

本发明另一方面还提供了一种基于上述方法的基于随机光纤激光的光谱合成装置，包括：用于产生随机光纤激光的随机激光种子源、用于对随机光纤激光进行功率放大的功率放大装置和用于对随机光纤激光进行光谱合成的光谱合成装置，随机激光种子源的出光口出射的随机光纤激光可依序通过功率放大链路和光谱合成装置，随机激光种子源、功率放大链路和光谱合成装置之间为光连接。

进一步地，随机激光种子源包括依序光连接的泵浦源、后向光隔离装置和被动光纤，泵浦源用于产生激光，被动光纤用于提供拉曼增益和随机瑞利反馈。

进一步地，后向光隔离装置为光纤布拉格光栅或波分复用器。

进一步地，后向光隔离装置为波分复用器时，波分复用器上含有与之光连接的信号臂，信号臂用于导出部分随机光纤激光以监测基于随机光纤激光的光谱合成装置稳定性。

进一步地，功率放大装置与随机激光种子源之间还设置有用于使随机光纤激光单向传输的传输装置。

进一步地，还包括滤波器，随机光纤激光经过滤波器后进入功率放大装置，滤波器的透过率大于99％。

进一步地，传输装置的光隔离强度大于30dB。