[发明专利]一种基于太阳光高效泵浦单频光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于太阳光高效泵浦单频光纤激光器，该激光器包括：单频激光种子源、信号泵浦合束器、多模光纤面板、太阳光聚焦镜、高增益光纤、光滤波模块、光隔离器。本发明基于种子源主振荡功率放大和多模包层泵浦方案，首先通过设计与优化高增益光纤的光学参数，使其对太阳光具有良好的吸收和能量转换效率；其次通过太阳光聚焦镜将太阳光有效聚焦作为泵浦源，接着采用多模光纤面板将汇聚的太阳光高效地耦合进多模光纤，经高增益光纤完成对单频信号光的功率放大，从而实现基于太阳光高效率泵浦的单频光纤激光输出。该发明是直接以太阳光作为泵浦源的单频光纤激光器，可应用于天基引力波探测、激光武器、空间激光雷达等领域。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，特别是涉及一种基于太阳光高效泵浦单频光纤激光器。

背景技术

单频光纤激光是光纤激光技术领域正在快速发展，且特色鲜明的一个重要分支。单频光纤激光因其超窄光谱线宽、超长相干长度等特征，在光纤传感、激光雷达、相干合束、相干通信、引力波探测等领域有重要的应用前景。而太阳光泵浦技术是指直接以太阳光作为泵浦源，其具有能量转换环节少、可靠性高、使用寿命长和能量转换效率高等特点，在太阳光作为主要能源形式存在的太空中能发挥独特的作用。在诸如太阳能电站、激光推进、空间激光通信及空间激光雷达等涉及激光的多种空间应用方面具有广阔的应用前景。

目前，直接以太阳光作为泵浦源的激光器主要有三大类：太阳光泵浦气体激光器、太阳光泵浦固体激光器和太阳光泵浦光纤激光器。太阳光泵浦气体激光器是以气体作为增益介质，该研究还停留在理论和实验室模拟阶段，其原因是太阳光的功率密度低，汇聚系统复杂、体积大、成本高。太阳光泵浦固体激光器中所使用的增益介质为晶体、陶瓷等固体材料，汇聚系统从单一的成像光学器件发展到成像与非成像器件相结合，已有一定的实际应用能力。太阳光泵浦光纤激光器是目前极具潜力的一种获得高能量转换效率和高功率激光输出的太阳光泵浦激光器，其具有输出激光方向灵活机动、易于实现功率的级联倍增、方便冷却、光束质量好、功率密度高等特点。

由于光纤型激光增益介质的长光程特点，其几乎可以吸收沿光轴方向所有的泵浦光。与之相对，盘型、棒型的增益介质因为其极短的作用距离而使得其较难吸收同样数量的激发太阳光。因此，光纤型的增益介质在泵浦光的吸收方面存在着巨大的优势，且光纤具有很大的表面积/体积比，散热效果更好。目前，在太阳光直接泵浦光纤激光器的实验中，其最大的挑战之一便是将尽可能多的太阳光（泵浦光）耦合、导入光纤的芯层；挑战之二是如何设计与优化增益光纤材料，实现对太阳光（泵浦光）的良好吸收和高转换效率。一般而言，太阳光最强辐照区域为可见光波段，铬、铈离子对太阳光可见光波段具有良好的吸收和能量传递效率，可作为敏化剂与一些稀土发光离子进行共掺杂制作高增益光纤，该光纤材料有望实现对太阳光的良好吸收与提高转换效率。

相关专利有：（1）2018年，上海卫星工程研究所申请了阳光泵浦光纤激光放大系统[申请号：CN201810638601]，采用4路泵浦光纤与增益光纤组合的形式，经聚焦镜聚焦的太阳光分别耦合进泵浦光纤中，实现对1064 nm激光增益放大。但是上述专利所采用的光纤直径为毫米量级，无法和单模光纤激光器件进行兼容连接，且不具备单频激光输出特性。（2）2016年，浙江师范大学申请了基于太阳光泵浦的掺铒光纤激光器[申请号：CN201621486563]，采用两个布拉格光栅和掺铒光纤构成分布反馈式谐振腔结构，利用聚焦的太阳光侧面泵浦去掉涂覆层的掺铒光纤实现激光的输出。但是上述专利汇聚太阳光结构过于简单，汇聚耦合的泵浦太阳光功率不高，且不具备单频激光输出特性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点，提供了一种基于太阳光高效泵浦单频光纤激光器。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。