[实用新型]一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器

说明书

本实用新型涉及一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器。通过对掺镱光纤激光器泵浦吸收和温度分布特性的分析，选取中心波长位于978nm‑1010nm的高亮度光源作为泵浦源，结合掺镱光纤、种子源、光纤光栅、光纤泵浦合束器、包层光剥除器以及光纤端帽等器件搭建光纤激光振荡器或者放大器，实现中心波长在1070nm附近激光的放大输出。与现有的泵浦方案相比，本发明能够提供更小的量子亏损和更高的光光转换效率，并且能够兼顾模式不稳定效应的抑制和受激拉曼散射效应的抑制，实现包括光纤激光振荡器和光纤激光放大器在内的光纤激光器功率和效率的进一步提升。

本实用新型是中国已授权实用新型202021903014.1，实用新型名称“一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光振荡器”的分案申请，原申请的申请日2020 年9月3日。

技术领域

本实用新型属于光纤激光领域，特别涉及一种使用特定波长段泵浦的掺镱光纤激光放大器。

背景技术

光纤激光器作为新一代激光器的代表，具有结构紧凑、转换效率高、光束质量好以及热管理方便等优点，近年来在工业制造和科学研究等领域取得了飞速的发展和应用。在光转化的过程中，光纤激光器的增益介质(增益光纤)通过吸收泵浦光实现上能级粒子数反转，并通过受激辐射的方式实现信号激光的输出与放大。吸收和发射的光子之间的能量差决定了光纤激光器的量子亏损，这些损耗的能量转化为热量耗散在光纤中。根据不同增益光纤的掺杂离子特性，不同的增益介质对应了不同的吸收曲线和发射曲线，决定了相应的泵浦光波长和发射激光波长。由于镱离子的特殊性能，掺镱光纤在高功率光纤激光器方面存在较大优势，是当今高功率光纤激光器的首选。随着应用领域的扩展，对掺镱光纤激光器输出功率的要求越来越高。然而，在实际的激光器研制过程中，受激拉曼散射 (SRS)效应和横向模式不稳定效应(TMI)效应严重的阻碍了激光器功率的提升。在影响光纤激光器SRS和TMI效应的诸多因素中，泵浦波长是其中较为关键的一个。目前，掺镱光纤激光器主要有两种泵浦方式，一种是基于高亮度的光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦方式，一般采用与掺镱光纤吸收截面峰值匹配的中心波长为976nm LD进行泵浦，或者采用吸收截面较为平坦的中心波长为 915nm、940nm LD进行泵浦；另一种泵浦方式是采用更高亮度的光纤激光器作为泵浦源，在该方案中，目前主流的用作泵浦源的光纤激光器的波长为1018nm。考虑到掺镱光纤的吸收特性和实际LD的制作工艺，目前尚缺少其他波段100W 以上LD的用于掺镱光纤激光泵浦的报道。

在掺镱光纤激光器中，SRS的阈值与增益光纤长度成反比，增益光纤越长， SRS越强，激光器输出功率越低。在光纤激光器研制过程中，在相同光纤参数情况下，由于掺镱光纤对915nm和940nm波段的吸收系数较低(一般的，光纤在 915nm附近的吸收系数为976nm附近的1/3左右，在940nm附近的吸收系数为 976nm附近的1/4左右)，使得采用915nm和940nm的LD泵浦光纤激光器时，所需要的增益光纤长度要大于976nm LD泵浦情况，导致光纤激光器SRS阈值较低，影响激光器功率的提升；另一方面，对于采用1018nm光纤激光泵浦的方式，在相同光纤纤芯尺寸下，由于掺镱光纤在1018nm的吸收系数是 915nm/976nm波段LD的吸收系数的1/6或1/18左右，所需要的增益光纤长度比915nm和940nm泵浦时更长，SRS阈值也更低。此外，在掺镱光纤激光器中， TMI效应与增益光纤单位长度内的热量成正比，在采用976nm的LD作为掺镱光纤的泵浦源时，由于增益光纤在976nm处的吸收系数是915nm、940nm波段吸收系数的3倍～4倍左右，使得增益光纤单位长度的热负荷较915nm高，导致采用976nm泵浦光纤激光器的TMI阈值比915nm泵浦光纤激光器的TMI阈值低。因此，在目前的泵浦方案中，1018nm级联泵浦、915nm/940nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到SRS效应的限制；976nm LD泵浦的光纤激光器，主要受到TMI效应的限制，导致光纤激光器功率进一步提升较为困难。

发明内容