[实用新型]一种基于主振荡功率放大器结构的脉冲光纤激光器

说明书

本实用新型公开一种基于主振荡功率放大器结构的脉冲光纤激光器，包括脉冲种子光源、输入隔离器、波分复用器、泵浦激光器、若干掺杂光纤和输出隔离器；所述若干掺杂光纤包括用于对脉冲种子光进行放大的掺杂光纤和用作饱和吸收体来吸收ASE噪声的掺杂光纤；所述脉冲种子光源、输入隔离器、波分复用器、掺杂光纤、输出隔离器依次连接，所述波分复用器还与泵浦激光器连接。本实用新型在光放大器的掺杂光纤中间引入很短长度的掺杂光纤作为饱和吸收体，可减小在两脉冲间隙期间ASE功率的增长对激光器增益的影响，从而提高输出脉冲光峰值功率和信噪比。

技术领域

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体是一种能有效提升脉冲的输出功率，降低激光器输出放大自发辐射噪声(ASE噪声)，提高泵浦转换效率的基于主振荡功率放大器结构的脉冲光纤激光器。

背景技术

高功率脉冲光纤激光器在激光加工、材料处理、激光雷达和遥感等领域都有广泛的应用。声光调Q光纤激光器通过Q开关技术产生激光脉冲，但其输出脉冲宽度以及重复频率等参数调整范围有限；而基于主振荡功率放大器(MOPA)结构的光纤激光器，由半导体激光器等作为种子光源产生脉冲信号光，然后在光纤放大器中对种子光进行功率放大。由于半导体激光器种子源可直接进行电调制，非常容易产生纳秒级的脉冲，并获得良好的脉冲形状，因此MOPA结构的脉冲激光器具有参数灵活、调节范围大的优势。在要求窄脉宽、高重复频率的激光加工以及需要纳秒量级窄脉冲的激光雷达中，广泛采用了MOPA结构的脉冲光纤激光器。

在MOPA结构的脉冲光纤激光器中，光脉冲的占空比是非常低的，例如：应用于车载激光雷达中的脉冲光源，其典型脉宽为2ns，重复脉冲频率为500kHz左右，占空比仅为1/1000。这样在MOPA结构的光放大器中，由于泵浦光的抽运作用，掺杂光纤的粒子反转程度在相邻两个脉冲之间有足够的时间恢复到较高水平，因此，在一个脉冲经过之后，上能级粒子反转度在下一个脉冲来临前可得到充分的恢复。在相邻两个脉冲之间沿着掺杂光纤正、反两个方向传播的放大自发辐射(ASE)功率也将快速增长，它们将大量消耗掺杂光纤的上能级粒子数，尤其在掺杂光纤两端，由此降低光脉冲可获得的增益。对采用多级放大的MOPA结构，不仅本级产生的ASE导致脉冲增益的降低，上一级放大器中产生的ASE也被逐级放大，ASE的影响更为严重。

因此在MOPA结构的光纤脉冲激光器中，ASE的抑制对脉冲输出功率的提升有至关重要的影响。目前抑制ASE的方法主要有光滤波器法、快速光开关法和饱和吸收方法三类。(1)光滤波法是在掺杂光纤中间或者两级光放大器之间引入窄带光滤波器，滤除宽带ASE，降低ASE的影响。常用的滤波器包括滤波片和光纤光栅等。通常为取得良好的ASE抑制效果，要求光滤波器带宽尽可能窄，但这对种子光源的波长稳定性和谱宽提出了较高的要求；(2)快速光开关法采用声光、电光开关、电吸收调制器或者半导体光放大器等器件，在脉冲间隙时间内关断光路或引入很大的损耗，抑制脉冲间隙期间ASE的产生。但因需要与光纤进行耦合，分立器件的快速光开关通常具有较大的插入损耗，加之要求进行同步脉冲驱动，增加了脉冲光纤激光器的复杂程度，所以实际很少采用；(3)饱和吸收体在高峰值功率的光脉冲到来时，处于饱和吸收状态，大部分光脉冲能量得以通过，而在脉冲间隙期间，小功率的ASE处于饱和吸收功率之下，被饱和吸收体吸收，从而抑制了ASE功率的增长。很多材料可作为饱和吸收体，例如：石墨烯、碳纳米管、黑磷烯、半导体量子点和半导体可饱和吸收镜(SESAM)等。目前在光纤激光器中，这几种饱和吸收体主要用于实现激光器的锁模和调Q，但由于它们的饱和吸收功率较高，如果用于在光放大器中抑制ASE，对脉冲功率的损耗较大，而且除半导体可饱和吸收镜外，其余几种材料目前还没有成熟稳定的商用器件。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能有效提升脉冲的输出功率，降低激光器输出放大自发辐射噪声(ASE噪声)，提高泵浦转换效率的基于主振荡功率放大器结构的脉冲光纤激光器。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：