[发明专利]一种1064泵浦大功率窄线宽C‑band掺铒光纤放大器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤放大器技术领域，尤其涉及一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器。

背景技术

光纤放大器一般由信号源、泵浦源、增益介质光纤、光隔离器及耦合系统组成，信号光和泵浦光在增益介质光纤中耦合，获得放大的信号光输出。掺铒光纤放大器中的增益介质光纤为掺铒光纤，其放大原理为：没有泵浦光作用时，铒离子的能量状态称为基态；吸收泵浦光能量后，铒离子便处于较高能量状态，即由基态跃迁到激发态；由于处于该高能量激发态的铒离子寿命很短，将迅速过渡到较低的激发态，被称为亚稳态；当铒离子从亚稳态跃迁回到基态时，多出来的能量转变为荧光辐射，辐射光的波长由亚稳态与基态的能级差决定；在1550nm波段上，在泵浦源不断作用下，处于亚稳态的铒离子不断累积，其数量可超过仍处于基态的粒子数；当高能态上的粒子数超过低能态上的粒子数时，达到了粒子数反转状态，只有在这种状态下才可能有光放大作用；如信号光的能量相当于基态和亚稳态之间的能级差，即其光波长与上述辐射光的波长相同，它将同时引发由基态→亚稳态的吸收跃迁和由亚稳态→基态的发射跃迁，吸收跃迁吸收光能，发射跃迁发射光能，吸收和发射光能的大小各与基态和亚稳态的粒子密度成正比；由于粒子数反转的缘故，总的效果是发射光能超过吸收光能，这就使得信号光增强，从而实现了光放大。

掺铒光纤放大器的一个重要问题是选择合适的泵浦源，目前常规的掺铒光纤放大器使用980nm单模泵浦激光器作为泵浦源，掺铒光纤的泵浦波长为980nm，其泵浦-信号转换效率较低，仅为30％，要达到1W的信号输出所需的泵浦功率非常大。此外，980nm单模泵浦激光器电光效率低，成本高昂，且对管芯温度的稳定性要求较高，需要制冷和控温，功耗大，驱动及控制电路复杂。温度偏差对泵浦输出波长影响较大，进而影响放大器的光学指标。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，可以提高光转换效率和输出功率，且无需制冷和控温，功耗低，驱动及控制电路更简单。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种1064泵浦大功率窄线宽C-band掺铒光纤放大器，包括信号源、1064泵浦源、掺铒光纤和耦合系统；所述信号源发出的信号光和1064泵浦源发出的1064nm泵浦光通过耦合系统耦合至掺铒光纤，信号光得到放大而输出。

进一步，所述耦合系统包括至少一个波分复用器，所述波分复用器的信号输入端与信号光连接，所述波分复用器的泵浦输入端与1064泵浦光连接，所述波分复用器的输出端与掺铒光纤连接。波分复用器将信号光和1064nm泵浦光耦合至掺铒光纤中，对信号光进行放大。

进一步，所述耦合系统还包括耦合器，所述波分复用器包括第一波分复用器和第二波分复用器，所述耦合器的输入端与1064泵浦光连接，所述耦合器的第一输出端和第二输出端分别与第一波分复用器和第二波分复用器的泵浦输入端连接。耦合器将1064nm泵浦光以某一分光比进行分配，分别传输至第一波分复用器和第二波分复用器，作为泵浦。

进一步，所述掺铒光纤包括第一掺铒光纤和第二掺铒光纤，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤分别与第一波分复用器和第二波分复用器连接，所述第一掺铒光纤和第二掺铒光纤之间连接有光隔离器。

进一步，所述1064泵浦源包括至少一个多模泵浦激光器和掺镱光纤，所述多模泵浦激光器发出的光进入掺镱光纤。掺镱光纤中的镱离子吸收泵浦后受激发，被激发到高能级的粒子弛豫振荡后产生1064nm的自发辐射。

进一步，所述1064泵浦源还包括第一光栅，所述第一光栅位于多模泵浦激光器和掺镱光纤之间。

进一步，所述1064泵浦源还包括第二光栅，所述第二光栅位于掺镱光纤和耦合系统之间。

进一步，所述第一光栅对1064nm光的反射率≥95％，所述第二光栅对1064nm光的透射率≥95％。

进一步，所述1064nm泵浦源还包括合束器，所述合束器位于多模泵浦激光器和掺镱光纤之间。多个多模泵浦激光器发出的光经合束器合束后进入掺镱光纤。

进一步，所述多模泵浦激光器为940nm多模泵浦激光器。

相对于现有技术，本发明采用1064nm泵浦光对掺铒光纤进行泵浦，与常规掺铒光纤使用980nm泵浦不同，本发明的掺铒光纤使用的泵浦波长为1064nm，光转换效率更高，获得的输出功率更大；且，由于电路中只有多模泵浦激光器，无需制冷和控温，因此驱动和控制电路结构简单，可靠性更高。