[实用新型]高功率光纤激光放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振预补偿稳定控制的高功率光纤激光放大器，属于激光控制技术领域。

背景技术

光纤激光器具有体积小、重量轻、转换效率高、输出光束质量好等优点，近年来得到了迅猛的发展。高功率光纤激光器，尤其是超短脉冲光纤激光器，通常采用低功率种子源和多级功率放大器组成，即MOPA（Master Oscillator Power Amplifier）。主放大级通常采用的对称的光子晶体光纤或者双包层增益光纤，但是光纤放大器工作的环境中存在大量的震动、温度变化等环境干扰，放大器中的光纤容易受到周围环境中这些变化因素的干扰，导致输出光的偏振态发生抖动。放大光束的相干合成、相干探测、非线性频率转换、光学参量放大、光谱组合、光子晶体光纤中的非线性频谱展宽、激光光谱等一系列重要应用，都对高功率光纤激光器的偏振性有很高的要求。为解决此问题，以前的方案多采用保偏的光子晶体光纤或者双包层增益光纤来保持偏振稳定的输出，但是保偏的大模场光子晶体光纤和双包层增益光纤制作困难，价格昂贵，使用也不方便，激光放大系统光路中的其他器件都要相应地采用偏振型的，成本进一步增加，况且大模场保偏光纤光学元器件制作工艺也相对不成熟。这些因素限制了这种方法的推广应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高功率光纤激光放大器，通过探测输出光的偏振变化利用电动的光纤偏振控制器来反馈补偿偏振的扰动，不仅能够实现偏振稳定的高功率激光输出，而且不使用昂贵的保偏型光纤，降低了成本，可以方便地推广到大模场光子晶体光纤或双包层增益光纤。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

高功率光纤激光放大器，包括偏振控制器，光纤放大器、偏振探测器、分析控制器；种子光输出方向依次是所述偏振控制器、光纤放大器、偏振探测器，偏振探测器的一个输出端输出的较强光作为放大后的高功率激光使用，偏振探测器的另一个输出端输出的较弱光输给分析控制器反馈控制偏振控制器。

所述的偏振控制器包括3个成一定角度排列的光纤挤压器和一个受控光纤，受控光纤是单模光纤、多模光纤、大摸场双包层光纤或者高强度光子晶体光纤，三个光纤挤压器轴向呈45度。

所述的光纤放大器包括高功率光纤隔离器，多模半导体激光器，泵浦合束器，掺镱双包层光纤，光纤准直透镜；偏振控制器输出的种子光通过高功率光纤隔离器进入泵浦合束器，多模半导体激光器连接泵浦合束器的泵浦输入端，泵浦合束器的公共端连接掺镱双包层光纤，掺镱双包层光纤的输出光通过光纤准直透镜准直后输出给所述偏振探测器。

所述的光纤放大器包括高功率光纤隔离器，多模半导体激光器，泵浦合束器，掺镱双包层光纤，光纤准直透镜；所述偏振控制器输出的种子光通过高功率光纤隔离器进入掺镱双包层光纤，掺镱双包层光纤末端连接泵浦合束器的公共端，多模半导体激光器连接泵浦合束器的泵浦输入端，泵浦合束器输出端的输出光通过光纤准直透镜准直后输出给所述偏振探测器。

所述偏振探测器包括波片、偏振分束器、光电探测器，光纤放大器输出的高功率激光通过波片调整偏振态，然后激光经过偏振分束器分为强弱不同的两束，较弱的一路通入光电探测器进行探测，信号经过分析控制器处理来控制偏振控制器。

所述的掺镱双包层光纤为掺杂稀土元素中的一种或多种掺杂的单模光纤、大芯径多模光纤、双包层光纤、光子晶体光纤。

所述偏振分束器为是光纤结构或者空间结构。

所述种子光是连续激光或纳秒、皮秒或飞秒脉冲激光。

所述的光纤激光放大器为多级级联放大，每级包含有偏振控制器、光纤放大器、偏振探测器、以及分析控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过电控的偏振控制器可以实时高速的对偏振扰动进行补偿，价格相对低廉，适合应用于常规的光纤激光放大器，为反馈控制高功率光纤激光器的偏振稳定输出提供一种新技术途径。

2、本发明采用反馈控制使检测路的光强能量稳定在一个较小的初始值，控制简单，操作简便。

3、本发明采用的偏振控制器具有相应速度快的优点，能够补偿快速的偏振抖动。

4、本发明采用的偏振控制器具有插入损耗小的优点，能够直接插入光纤振荡级与放大器之间，也可插入在预放大级与功率放大级之间。

5、本发明采用的偏振控制器适用于所有的光学波段，可以用于掺杂稀土元素（镱、铒、铥、钬、镨等）光纤放大器偏振的反馈控制。