[发明专利]一种基于光子灯笼的多光路级联式合束装置

说明书

本发明实施例中提供的基于光子灯笼的多光路级联式合束装置，包括至少一个种子源激光器、1×M·N光分束器、N个第一光子灯笼、光放大器组、第二光子灯笼，通过两次合束操作输出目标合束激光，使用多芯少模形式的拉制的光子灯笼，对多个光子灯笼的少模端输出进行第二次合束，使得参与合束的光路数量大大提高，能够利用更多的高阶模式能量，从而获得更高功率的光纤激光输出。同时，采用的少模光纤相对于单模光纤具有更大的纤芯直径，使得纤芯截面功率密度下降，能降低受激布里渊散射和受激拉曼散射的发生阈值，抑制非线性效应的产生，获得更高的输出功率。

技术领域

本发明涉及激光半导体领域，特别涉及一种基于光子灯笼的多光路级联式合束装置。

背景技术

上世纪80年代，天文领域诞生了可以将单模光纤中的光信号高效地传入多模光纤的光子灯笼。通过光子灯笼，光信号可从一个状态变化为另一个状态，从而实现了光信号从单模光纤向多模光纤的传输。进入数据时代后，光子灯笼在通信领域成为研究热点，其可以同时复用多个模式，作为全光纤器件易于与光纤通信系统集成。

从1988年发明双包层光纤以来，单束光纤激光的输出功率不断提升；与此同时，受限于非线性效应和模式不稳定效应等因素的影响，单束光纤激光的输出功率存在物理极限，对多束激光进行合成是构建高功率光纤激光系统的重要技术途径。同时，对高阶模式的功率进行利用也是实现高功率激光输出的重要途径之一。光子灯笼作为模式转换器件，既可以提高合束光路数量，又可以充分利用到高阶模式的功率，因而引起了人们的广泛关注。光子灯笼的基本结构：两端分别为一组小芯径单模光纤阵列和一根大芯径的多模光纤，中间为锥形过渡区。光子灯笼任何一端都可以作为输入。在制造光子灯笼时，先将单模光纤嵌入预制好的低折射率毛细玻璃管当中，再进行热拉锥。在拉锥的过程中，单模光纤的纤芯将逐步减小并直至消失，大部分光信号将从纤芯射出，射入包层并继续传输。此时，单模光纤的包层也开始与其他单模光纤的包层相熔合，并逐步收缩直到在锥形末端形成多模光纤的纤芯，而低折射率毛细玻璃管则成为了多模光纤的新包层。就这样，从单模光纤入射的多个基模发生了模式转换，成为了高阶模式。

以3×1光子灯笼为例，根据光子灯笼的模式匹配理论，三模光子灯笼支持LP₀₁、LP_11a、LP_11b这三个模式的传输。目前，利用光子灯笼进行合束的装置一般是把种子源激光进行分束后，入射到光子灯笼的3个单模端，再从少模端输出，获得一定的功率输出。这种装置受到所使用的光子灯笼模式数的制约，光路数量与光子灯笼模式数相同，无法得到进一步提高。拉制光子灯笼时，要先将单模光纤嵌入预制好的低折射率毛细玻璃管当中，再进行热拉锥。此过程十分依赖熔融拉锥工艺技术，因此制约了可参与合束的激光光路数量。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述现有缺陷之一，本发明实施例中提供了基于光子灯笼的多光路级联式合束装置，能降低受激布里渊散射和受激拉曼散射的发生阈值，抑制非线性效应的产生，获得更高的输出功率。

本发明提供了一种基于光子灯笼的多光路级联式合束装置，包括：

至少一个种子源激光器，用于产生种子激光；

1×M·N光分束器，与所述种子源激光器连接，用于将所述种子激光分成M×N束分束光，所述分束器具有M×N束输出光纤；

N个第一光子灯笼，用于对所述分束光进行第一次合束，每个所述第一光子灯笼为单模-少模结构，包括第一少模端和M×1第一单模端，所述输出光纤分别一一对应连接到所述第一单模端，对所述M×N束分束光进行合束后得到N束第一合束光由所述少模端输出；

光放大器组，用于对所述第一合束光进行功率放大，所述光放大器组包括输出端，所述第一合束光经过功率放大后由所述输出端输出；