[发明专利]一种基于反转粒子数调控的光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于反转粒子数调控的光纤激光器，通过对有源光纤中纵向稀土离子的掺杂浓度进行特殊编辑，以实现对激光器中反转粒子数的控制，从而对不同纵向位置激光增益进行调制，以达到同时抑制ASE和SBS的目的，实现更高信噪比、更高功率的激光输出。增益光纤的纵向掺杂浓度可以根据需要进行调制，该激光器使用灵活，不需要额外器件，简化了激光系统，具有较大潜力。

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种基于反转粒子数调控的光纤激光器。

背景技术

光纤激光器因其具有较好的耐久性、紧凑的结构以及免维护等特点，在工业加工、科研、医疗等领域有着广泛的应用。通过对不同稀土掺杂光纤的运用，实现了光纤激光器在近红外至中红外波段的覆盖，并且通过对激光器结构的优化和光纤中掺杂浓度的提高，使得光纤激光器的输出功率在近20年也得到了飞速提升。通常，采用高浓度稀土掺杂光纤是提高激光器效率和功率的有效方案，但是在正向泵浦的激光器中，由于输入端激光信号功率较弱，对有源光纤中的上能级粒子数提取能力受限，而此位置泵浦功率较强，因此会产生大量的上能级粒子数剩余，这些未能发生受激辐射的上能级粒子一部分会通过自发辐射过程产生自发辐射放大(ASE)，尤其是在高掺杂浓度的光纤中ASE现象尤为明显，一方面ASE的产生会在放大过程中对激光器的效率造成不利影响，另一方面激光器的稳定性会因ASE的存在而发生恶化。截止到目前，激光器中的ASE抑制仍然是待解决的难题。并且在单频光纤激光器中，受激布里渊散射(SBS)问题也同样制约着激光功率的提升，信号光入射端较大的增益使得激光信号快速放大，同样也造成SBS快速积累，限制了单频激光功率的提升。

在光纤激光器中反向泵浦技术可以降低ASE的产生以及适当提高SBS阈值，其原理是降低了在信号光入射端的反转粒子数，从而降低了该位置的增益，但是由于该方法无法主动控制有源光纤中反转粒子数的量，对ASE和SBS的抑制程度有限，并在激光信号的输出端存在较长的尾纤，因此不利于其在单频高功率光纤激光器领域中的应用。

以上可见，控制有源光纤中纵向不同位置的反转粒子数，可以实现对ASE以及SBS的抑制，寻找能够主动控制反转粒子数的方法，从而实现更高功率、更高信噪比的激光输出，至关重要。

发明内容

本发明提供了一种基于反转粒子数调控的光纤激光器，本发明提高了激光器输出的功率和信噪比，详见下文描述：

一种基于反转粒子数调控的光纤激光器，包括：激光种子源、隔离器、泵浦源、泵浦耦合器件、纵向掺杂浓度编辑光纤、准直输出器。

其中，激光种子源通过光纤直接与隔离器相连，经隔离器与泵浦耦合器件相连；泵浦耦合器件与纵向掺杂浓度编辑光纤相连；纵向掺杂浓度编辑光纤与准直输出器相连；泵浦源通过泵浦耦合器件耦合进入所述纵向掺杂浓度编辑光纤中。

优选的，所述的激光种子源、隔离器、泵浦耦合器件、纵向掺杂浓度编辑光纤为保偏或非保偏均可。

其中，所述泵浦源可以是半导体激光器，也可以是光纤激光器或固体激光器以及其他形式的激光器，其激光模式可以是基横模，也可以是多横模，只要其发射波长处在所述纵向掺杂浓度编辑光纤的吸收带内，能够使纵向掺杂浓度编辑光纤产生激光增益即可；

其中，所述泵浦耦合器件可以是波分复用器(WDM)，也可以是信号泵浦合束器，根据泵浦源的形式和横模选择相应的耦合方式和器件。

其中，所述纵向掺杂浓度编辑光纤具体为：稀土离子掺杂光纤，稀土离子掺杂在纤芯中，沿光纤纵向对其掺杂浓度进行编辑，掺杂浓度变化方式可以是渐变型，可以是阶跃型，掺杂浓度可以逐渐增大，也可以逐渐减小，或先增大后减小，或先减小后增大。通过控制光纤在纵向不同位置的掺杂浓度，以实现光纤不同纵向位置对泵浦光吸收的差异，从而实现在泵浦条件下对光纤不同纵向位置反转粒子数的调控。

进一步的，本发明涉及的反转粒子数调控在光纤激光器的预防大级和功率放大级均可采用。