[发明专利]串联泵浦光纤放大器

说明书

在示例中，串联泵浦光纤放大器可以包括种子激光器、一个或多个二极管泵浦以及包括第一芯和第二芯的多芯光纤，其中第二芯包围第一芯。多芯光纤可以包括用作振荡器的第一部分和用作功率放大器的不同的第二部分。一个或多个二极管泵浦可以被光学地耦接到多芯光纤的第一部分，种子激光器可以被光学地耦接到第一芯。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月13日提交的美国临时申请No.62/408,046的优先权，该临时申请通过引用整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及光纤放大器。

背景技术

具有衍射限制光束(diffraction-limited beams)的适用于高能激光(HEL)应用的高平均功率光纤激光器目前主要被受激布里渊散射(Stimulated BrillouinScattering，SBS)和模态不稳定性(Modal Instability)限制了输出功率。一些已知的系统通过降低SBS有效地将功率扩展到大于2kW的水平。然而，模态不稳定性仍然可能制约常规大模面积(large-mode area，LMA)光纤(例如非光子晶体光纤(PCF)和/或光子带隙(PBG)光纤)中的功率扩展。具体地，模态不稳定性可以将衍射限制输出功率限制为接近2kW的阈值，例如20μm芯阶跃式双包层光纤激光器的～2.2kW。

附图说明

附图中，相同的附图标记表示相同的元件，附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，并与具体实施方式一起解释本申请所公开的技术的优点和原理。

图1示出了串联泵浦光纤放大器。

图2示出了在一些实施例中可用于串联泵浦光纤放大器的同轴双芯光纤的横截面图。

图3A-3C分别示出了最终功率放大器内的计算信号功率和串联泵浦功率以及串联泵浦光纤放大器的上能级粒子数(upper state population)的曲线图、串联泵浦光纤放大器的框图以及串联泵浦光纤放大器的双芯和全玻璃光纤的横截面视图。

图4示出了与图3C的光纤类似的光纤的折射率。

具体实施方式

串联泵浦光纤放大器的一些实施例可包括种子激光器、一个或多个二极管泵浦以及包括第一芯和第二芯的多芯光纤，其中第二芯包围第一芯。多芯光纤可以包括用作振荡器的第一部分和用作功率放大器的不同的第二部分。一个或多个二极管泵浦可以被光学地耦接到多芯光纤的第一部分，种子激光器可以被光学地耦接到第一芯。

相比于在使用大量1018nm单模串联光纤激光器作为高亮度泵浦源的常规LMA光纤中使用10kW单模光纤激光器的系统，串联泵浦光纤放大器可以更小(例如，体积更小和/或不那么重)和/或更便宜。与这样的系统相比，串联泵浦光纤放大器可具有更低的功率要求和/或更低的散热要求。

在使用大量1018nm单模串联光纤激光器作为高亮度泵浦源的常规LMA光纤中使用10kW单模光纤激光器的系统可能需要将量子亏损加热(quantum-defect heating)从976nm泵浦系统中通常的～9％减少到串联1018nm泵浦放大器中的～4％以实现10kW，而本申请公开的实施例可能不会为了实现10kW或更高而受到相同的要求约束。采用串联泵浦光纤放大器的系统可以与常规LMA光纤技术兼容，但是可以通过放大多模二极管激光泵浦功率而获得几千瓦到10kW或更高的可扩展性。因此，本申请描述的实施例可以简化高能激光器应用中的制造。在采用串联泵浦光纤放大器的系统中，最终放大器级可以大于1kW以解决模态不稳定性。串联泵浦光纤放大器可以将单通道输出功率推到大于由模态不稳定性创建的已知阈值，例如3kW、5kW、10kW或更高。