[发明专利]高功率线偏振激光输出光纤放大器及输出控制方法

权利要求书

1.高功率线偏振激光输出光纤放大器，包括光隔离器、泵浦合束器、双包层有源光纤、光纤准直器、起偏器、泵浦激光器和泵浦激光器驱动控制电路，激光信号经光隔离器后接入泵浦合束器的信号输入端，泵浦激光器接入泵浦合束器的泵浦输入端，共同由泵浦合束器的输出端进入双包层有源光纤进行放大，双包层有源光纤的输出接入光纤准直器，光纤准直器的输出接入起偏器，泵浦激光器驱动控制电路连接泵浦激光器；其特征在于：

所述起偏器有主偏振态激光输出端口和与之正交的副偏振态激光输出端口，前者输出主偏振轴线偏振激光，后者输出和副偏振轴线偏振激光；还包括光功率分光器件，双包层有源光纤的输出端接入光功率分光器件，光功率分光器件的一个输出端接入光纤准直器，光功率分光器件的另一输出端——光功率监控输出端连接第一光电探测器；起偏器的副偏振态激光输出端口接第二光电探测器；

所述泵浦激光器驱动控制电路包括泵浦驱动电路、第一光电探测器、第二光电探测器和微处理器，泵浦驱动电路的输出端连接泵浦激光器，第一和第二光电探测器的信号输出端均与微处理器或者运算控制电路的信号输入端连接，微处理器或者运算控制电路的输出端接泵浦驱动电路的控制端。

2.根据权利要求1所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述输入的激光信号是连续激光信号，或者是脉冲激光信号。

3.根据权利要求1所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述光功率分光器件是独立的光纤分束器，或者是非独立的分光器件。

4.根据权利要求3所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述非独立的分光器件为泄露激光功率的缠绕于双包层有源光纤的光纤，或者为泄露激光功率的泵浦合束器空置的泵浦尾纤。

5.根据权利要求1所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述光隔离器与光纤放大器的工作波长和输出功率相匹配；

所述光纤准直器与光纤放大器的输出光纤和工作波长相匹配；

所述起偏器与光纤放大器工作波长相匹配。

6.根据权利要求1所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述泵浦合束器为(n+1)×1泵浦合束器，其工作波长与光纤放大器工作波长和泵浦功率相符合，其中n为泵浦合束器的泵浦输入端口，n大于等于2。

7.根据权利要求4所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述泵浦激光器为N个光纤输出方式的大功率多模激光二极管（LD），N≤n。

8.根据权利要求1所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述双包层有源光纤掺杂的有源增益介质是镱离子，铒离子，铒镱共掺，钕离子中的任一种。

9.根据权利要求1所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器，其特征在于：

所述光隔离器、泵浦合束器、双包层有源光纤、光功率分光器件和光纤准直器均为保偏光器件，或者均为非保偏光器件。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的高功率线偏振激光输出光纤放大器的输出控制方法，其特征在于包括如下工作步骤：

Ⅰ、系统初始化

高功率线偏振激光输出光纤放大器输入待放大激光信号，在高功率线偏振激光输出光纤放大器的光纤准直器输出端安装光功率计，启动高功率线偏振激光输出光纤放大器，由光功率计测定总功率P，并由第一光电探测器测得光功率分光器件监控功率值P₁，计算二者比例A=P₁/P；

第二光电探测器检测副偏振轴线偏振激光输出功率P₂；

将校准功率的稳定线偏振光源分别对准起偏器的主偏振轴和副偏振轴，分别在各偏振态激光输出端口连接光功率计测试输出光功率，计算出起偏器主偏振态激光输出端口的主偏振轴线偏振激光的插入损耗百分率m₁和副偏振态激光输出端口的副偏振轴线偏振激光的插入损耗百分率m₂；

本高功率线偏振激光输出光纤放大器主偏振轴的起偏输出功率Pout与放大器准直输出总功率之间的函数关系如下式：

P=P₁/A=Pout/（1-m₁）+P₂/（1-m₂）；

将相关参数和此计算式的计算程序写入微处理器或者以此调节运算控制电路；

本步骤只在高功率线偏振激光输出光纤放大器调试或校准时执行；

Ⅱ、开机启动

高功率线偏振激光输出光纤放大器输入与步骤Ⅰ相同的激光信号，启动高功率线偏振激光输出光纤放大器，设定光纤放大器主偏振轴线偏振激光输出功率Pout=P_f，主偏振轴线偏振激光输出功率值的计算公式如下：

Pout=（1-m₁）×[P₁/A-P₂/（1-m₂）]，

根据步骤Ⅰ得到的A和m₁、m₂，第一光电检测器测得光功率分光器件的光功率P₁，第二光电检测器测得副偏振轴线偏振激光输出功率P₂，则可由上式计算得到主偏振轴线偏振激光输出功率，调节泵浦激光器驱动电流，使本光纤放大器主偏振轴线偏振激光输出功率达到设定值P_f；

Ⅲ、稳偏控制

当光纤放大器偏振态变化时，副偏振轴线偏振激光输出功率Pm有变化，为了使主偏振轴线偏振激光输出功率恒定，即满足下式

Pout=（1-m₁）×[P₁/A-P₂/（1-m₂）]=恒定值P_f

微处理器或者运算控制电路接收第一、第二光电检测器检测所得当前的P₁、P₂，副偏振轴线偏振激光输出的当前激光功率P₂变化时，按上式计算保持主偏振轴的线偏振激光输出功率Pout恒定为P_f、所需的当前总功率P₁/A相应的值，微处理器或者运算控制电路将相应改变的泵浦激光器驱动电流值输送到泵浦驱动电路，改变泵浦激光器当前输出的总功率P，并由下一时刻的P₁、P₂判断计算Pout是否达到设定值P_f，是否需要继续调节泵浦激光器驱动电流值，最终使主偏振轴线偏振激光输出功率稳定在设定值P_f。