[发明专利]一种大功率超宽带波长扫描光纤激光系统及调谐方法

说明书

本发明提供了一种大功率超宽带波长扫描光纤激光系统，它包括波长可调谐种子源、波长可调谐泵浦源阵列、泵浦信号合束器、拉曼增益光纤和光纤端帽：波长可调谐种子源与泵浦信号合束器的信号输入臂相连；波长可调谐泵浦源阵列分别接入泵浦信号合束器的各个泵浦输入臂；泵浦信号合束器的输出端与拉曼增益光纤的一端连接，拉曼增益光纤另一端连接光纤端帽；大功率超宽带波长扫描光纤激光系统的波长扫描范围大于900纳米，典型值为1050纳米至2000纳米；该波长扫描范围内连续光输出大于1千瓦。本发明同时采用波长可调谐泵浦源和种子源，利用放大器放大种子源，直至产生可调谐级联拉曼光，实现超宽调谐范围的同时将功率定标放大。

技术领域

本发明总体地属于光纤激光器技术领域，具体地涉及一种大功率超宽带波长扫描光纤激光系统及调谐方法。

背景技术

大功率光纤激光器在科研、国防、医疗、工业等诸多重要领域已经得到广泛的应用。应用激光的本质实际上是激光与物质相互作用过程，而不同的应用领域由于作用物质不同，因此需要的激光波长不同。然而，受限于有限的增益带宽，其发射波长往往固定在某一特定波长，数千瓦量级对应的3dB带宽往往不到十纳米。随着大功率激光应用范围的迅速拓展，常规的单一波长往往无法匹配最佳效果对应的波长。为获得最佳作用效果，不仅激光输出功率需达到千瓦量级以上，还需要激光波长在较宽光谱范围能够连续切换以匹配不同作用物质的最优波长。因此，在面对此类应用时，具有超宽带波长扫描功能的大功率光纤激光有利于实现多个大功率光纤激光系统的高度集成化，能够大大简化激光系统，节约成本，提高效率。

然而，常规1微米波段千瓦量级光纤激光光源，由于稀土离子的增益范围较窄，其调谐范围仅为30-40纳米，远远没有达到实际应用的需求。目前，超宽光谱范围激光主要通过非线性效应方式实现，根据不同的非线性效应一般分成两类，一种是仅基于级联受激拉曼散射的随机光纤激光器，由常规1微米波段可调谐光纤激光泵浦，已经实现了1.1-1.9微米光谱范围内连续可调，但是最高功率仅有数十瓦量级。另一种是基于多个非线性效应产生的超连续谱光源，其输出光谱带宽可至2.4微米以上，且功率能够达到千瓦量级。然而，其光谱密度较低，某一特定波长的功率甚至不足十瓦。因此，目前尚未有能够同时覆盖1-2微米超宽带波长扫描功能的大功率光纤激光系统。

发明内容

为拓展现有千瓦级可调谐激光的光谱范围，实现千瓦级具有超宽波长扫描功能的激光输出，本发明提供一种大功率超宽带波长扫描光纤激光系统及调谐方法，该系统波长扫描范围覆盖1-2微米，单一波长的连续激光输出功率大于1千瓦。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：一种大功率超宽带波长扫描光纤激光系统，它包括波长可调谐种子源、波长可调谐泵浦源阵列、泵浦信号合束器、拉曼增益光纤和光纤端帽：所述波长可调谐种子源与泵浦信号合束器的信号输入臂相连；所述波长可调谐泵浦源阵列分别接入泵浦信号合束器的各个泵浦输入臂；泵浦信号合束器的输出端与拉曼增益光纤的一端连接，拉曼增益光纤另一端连接光纤端帽；所述大功率超宽带波长扫描光纤激光系统的波长扫描范围大于900纳米，典型值为1050纳米至2000纳米；该波长扫描范围内任意波长的连续光输出大于1千瓦。

本发明的大功率超宽带波长扫描光纤激光系统还包括隔离器，所述隔离器设置在波长可调谐种子源与泵浦信号合束器的信号输入臂之间，和波长可调谐泵浦源阵列与泵浦信号合束器的各个泵浦输入臂之间，隔离器是为了防止后向回光的影响，保护波长可调谐种子源和波长可调谐泵浦源阵列。

进一步的，上述波长可调谐种子源、波长可调谐泵浦源阵列、泵浦信号合束器、拉曼增益光纤的连接形成级联放大器结构；所述大功率超宽带波长扫描光纤激光系统包括多于一组的级联放大器结构，所述多于一组的级联放大器结构依次串联，最后连接端帽。上述多于一组是指两组或大于两组。

进一步的，上述波长可调谐泵浦源阵列的波长调谐的范围大于40纳米，中心波长在0.9至1.1微米范围内。例如，调谐范围从1020纳米至1060纳米，或者调谐范围从1060纳米至1100纳米。