[发明专利]并行注入光纤功率放大系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤功率放大技术领域，尤其涉及一种采用多束激光并行注入的光纤功率放大系统。

背景技术

在光纤激光领域，激光器的高输出功率已成为目前光纤激光系统发展的主要方向之一。目前实现高功率激光输出的主要方法是采用主振荡功率放大系统(MOPA，Main Oscillation Power Amplifier)，即在单个种子注入的情况下，依次通过多级放大系统，将低功率的信号光放大至所需的高功率激光。但是，在经过多级放大的系统中，串行的系统结构使得整个系统较不稳定，任何一个放大级出现了问题，都会影响整个系统的输出甚至导致损伤。为了达到较高功率的系统输出，一般需要较多放大级对信号光依次放大，由此引发的诸如熔点保护、散热等问题大大增加了系统搭建的难度。同时，MOPA结构的多级放大需要较大的光纤长度，由此带来的非线性效应又反过来限制了功率的扩展；在这种情况下，为了避免非线性效应，就需要增大泵浦能量，通过提高光束密度来减小主光纤长度，这又在很大程度上增加了泵浦注入的难度。另外，主振荡功率放大系统因其多级联的特性，在保证高功率的情况下难以获得高光束质量的激光输出，致使其在很多领域的应用受到了限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种多束激光并行注入的光纤功率放大系统(PIPA，Parallel Injection Power Amplifier)，以解决现有技术中光纤功率放大系统串行级数多、系统不稳定等问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种并行注入光纤功率放大系统，包括激光器和光纤功率放大器，所述放大系统包含有若干个并行的激光器，作为所述光纤功率放大器的若干个种子；所述放大系统还包括合束装置，所述合束装置设有若干个输入端和一个输出端，所述若干激光器的输出端分别与所述合束装置的若干输入端连接，以对所述若干个激光器的输出进行合束；所述合束装置的输出端与所述光纤功率放大器的输入端连接。

优选地，所述光纤功率放大器包括具有N个泵浦输入端和一个信号输入端的(N+1)×合束器、N个泵浦装置、以及增益光纤；所述(N+1)×合束器的N个泵浦输入端分别与所述N个泵浦装置的输出端连接，所述(N+1)×合束器的信号输入端与所述合束装置的输出端连接，所述(N+1)×合束器的输出端与所述增益光纤连接；所述光纤功率放大器的输出端熔接有端帽，作为整个光纤功率放大系统的输出端。

优选地，所述合束装置为单模/低阶模-多模合束器、多模-多模合束器、或透镜耦合装置；所述单模/低阶模-多模合束器的输入端为若干单模/低阶模光纤，输出端为一根多模光纤；所述多模-多模合束器的输入端为若干多模光纤，输出端为一根多模光纤。

优选地，所述激光器为光纤激光器或固体激光器，所述光纤激光器包括全光纤结构光纤激光器和分立式结构光纤激光器。

优选地，所述激光器为全光纤结构光纤激光器，所述激光器的输出端通过光纤连接至所述合束装置的输入端。

所述激光器为分立式结构光纤激光器或固体激光器，所述激光器的输出端通过分立式耦合光学元件耦合至所述合束装置的输入端。

所述激光器为激光振荡器或所述激光振荡器与激光放大器的结合。

优选地，所述增益光纤为掺有稀土离子的光纤，可以是单包层光纤、双包层光纤、多包层光纤、多芯光纤、共掺光纤、保偏光纤或光子晶体光纤；所述稀土离子在所述光纤中的掺杂方式，为平顶掺杂、平顶部分掺杂、渐变式掺杂、渐变式部分掺杂、多区域掺杂中的任何一种。所述增益光纤可以为锥形光纤，也可以为普通光纤或其他结构光纤。

在本发明中，所述若干个并行的激光器可以完全相同，也可以在激光器类型(激光振荡器或激光振荡器与激光放大器的结合，光纤激光器或固体激光器，连续激光器或脉冲激光器)、激光器结构(全光纤结构或分立式结构)、输出激光波长、输出激光模式、输出激光功率等方面具有一个或多个不同的参数。

(三)有益效果