[发明专利]激光放大器、激光器及光学系统

说明书

本申请涉及一种激光放大器、激光器及光学系统，其中，该激光放大器包括：泵浦，输出泵浦光；上级放大器的增益光纤，输出信号光；光纤合束器MPC，基于所述泵浦的输出光纤及所述增益光纤制作而成，所述光纤合束器MPC耦合所述泵浦光至所述增益光纤中输出；准直端帽，输入端连接所述增益光纤的输出段，所述准直端帽用于准直所述泵浦光和信号光后输出；单晶光纤，连接所述准直端帽的输出端，所述单晶光纤用于在泵浦光的激励下放大信号光功率。通过本申请，解决了相关技术中结构复杂、装调困难、稳定性差的问题，结构简单、易装调且稳定性高的激光放大器结构设计。

技术领域

本申请涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种基于单晶光纤的激光放大器、激光器及光学系统。

背景技术

单晶光纤是由单晶材料制成的光学纤维，具有单晶的物理、化学特性和纤维的导光性，同时兼具单晶以及纤维的特性，属于传统固态激光和光纤激光的前沿交叉领域。所述单晶光纤的材质多为高增益、高热导率、高稳定性、光学性能优越的单晶材料，综合光纤材料高长径比的尺寸及光波导转换效率优势，与传统玻璃光纤相比，晶体光纤具有的高热导率、高激光损伤阈值、较小的非线性效应等优点，使得单晶光纤有望产生更高功率的输出及传输更高能量的激光。

图1为单晶光纤光路示意图，参考图1所示，单晶光纤是一根长度数十毫米，直径数十微米至一毫米的增益介质。使用单晶光纤时，信号光需要在从单晶光纤中心通过，泵浦光需要在单晶光纤的侧面界面上多次全反射。

激光放大器是指利用光的受激辐射进行光的能量(功率)放大的器件。通过采用激光放大器，可以在获得高的激光能量或功率时而又保持激光的质量(包括脉宽、线宽、偏振特性等)。图2为根据相关技术的基于单晶光纤的激光放大器的原理示意图，参考图2所示，现有的基于单晶光纤的激光放大器信号光束需要经一第一光路调整光束直径和发散角，并严格控制光束传播，使其从单晶光纤中心通过。另一方面，泵浦光需要经过一第二光路进行光束整形通过二色镜后，聚焦到单晶光纤内。也就是说，现有的激光放大器的信号光束和泵浦光采用两路光路分别整形。

另外，图2所示的激光放大器还具有结构复杂、精度要求高、装调十分困难及其空间光结构带来的稳定性差的缺点，且其存在大量空间光路，对环境要求高，需要较高洁净度。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于单晶光纤的激光放大器、激光器及光学系统，以至少解决相关技术中结构复杂、装调困难、稳定性差的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光放大器，包括：

泵浦，输出泵浦光；

上级放大器的增益光纤，输出信号光；

光纤合束器MPC(Multi-Mode Pump Combiner)，所述光纤合束器MPC基于所述泵浦的输出光纤及所述增益光纤制作而成，所述光纤合束器MPC耦合所述泵浦光至所述增益光纤中输出；所述光纤合束器MPC制作和使用过程中不产生熔接点，降低了损伤风险，所述光纤合束器MPC结构中不含无源信号纤，减小了信号光在无源信号纤中传输产生的非线性效应。

准直端帽，输入端连接所述增益光纤的输出段，所述准直端帽用于准直所述泵浦光和信号光后输出；

单晶光纤，连接所述准直端帽的输出端，所述单晶光纤用于在泵浦光的激励下放大信号光功率。

在其中一些实施例中，所述增益光纤的包层NA配置为芯层NA的1.2倍至2倍，使所述增益光纤的输出信号光发散后，在端帽处泵浦光的模场直径为信号光的1.2倍至2倍。

在其中一些实施例中，由于准直端帽色差及泵浦光与信号光发射位置的微小差异，所述准直端帽输出的信号光为准直状态，输出的泵浦光为具有发散角β的准直状态，所述发散角β小于所述单晶光纤内表面的全反射临界角的余角，以使所述泵浦光在单晶光纤侧壁进行多次全反射。