[发明专利]级联泵浦镱离子、拉曼混合增益高功率光纤激光放大器

摘要

本发明涉及一种级联泵浦镱离子、拉曼混合增益高功率光纤激光放大器。该放大器在级联泵浦放大器的种子里加入原始信号波长的一阶斯托克斯光，人为地产生受激拉曼散射并引导其朝前向传输，这样保证了系统的安全，使功率得以进一步提升。通过理论模型的设计，选择斯托克斯光的具体波长和功率，可以有效抑制后向拉曼散射光和下一级拉曼斯托克斯光，从而实现级联泵浦光纤放大器的高功率输出。

主权项

级联泵浦镱离子、拉曼混合增益高功率光纤激光放大器，在级联泵浦放大器的种子里加入原始信号波长的一阶斯托克斯光，其特征在于，种子源(1)的尾纤通过熔接点(2)与泵浦信号合束器(4)的信号臂相连，高功率的光纤激光泵浦源阵列(3)接入泵浦信号合束器(4)的泵浦臂，泵浦信号合束器(4)的输出端与一段掺镱光纤(5)连接，形成放大器结构，在放大器的末端接入包层光剥除器(6)，滤除多余的包层光，最后通过端帽(7)输出激光；所述种子源(1)由常规波段的光源(8)波长范围是1060nm～1090nm，与对应的斯托克斯波段激光源(9)波长范围是1100nm～1160nm，通过一个波分复用器(11)合入同一根光纤构成；所述种子源中常规波段的光源和斯托克斯波段激光源的波长和功率比例设计方法采用如下模型进行分析：N2(z)=N(z)ΣkPk±(z,λk)σa(λk)ΓkhνkA1τ+ΣkPk±(z,λk)[σa(λk)+σe(λk)]ΓkhνkA---(1)]]>±dPk±(z)dz=Γk{[σa(λk)+σe(λk)]N2(z)-σa(λk)N(z)}Pk±(z)-α(λi)Pk±(z)+2Γkσe(λk)N2(z)hc2λk3Δλ---(2)]]>±∂E1∂z=jγ1{|E1|2+(2-ρ)[|E2|2+|E3|2]}E1-gR1λ22λ1Aeff|E2|2E1+g1(N2)2E1+jγ1E2E2E3*ejΔkz---(3)]]>±∂E2∂z=jγ2{|E2|2+(2-ρ)[|E1|2+|E3|2]}E2+gR12Aeff|E1|2E2-gR1λ32λ2Aeff|E3|2E2+g2(N2)2E2+jγ2E1E3E2*e-jΔkz---(4)]]>±∂E3∂z=jγ3{|E3|2+(2-ρ)[|E1|2+|E2|2]}E3+gR22Aeff|E2|2E3+g3(N2)2E3+jγ3E2E2E1*ejΔkz(5)P1±=|E1±|2,P2±=|E2±|2,P3±=|E3±|2(6)]]>gi(N2)＝Γi{[σa(λi)+σe(λi)]N2(z)‑σa(λi)N0}‑α(λi)i＝1,2,3  (7)其中，N(z)是光纤掺杂浓度沿轴向分布，N2(z)是上能级粒子数浓度，N0为光纤中镱离子的掺杂浓度，是波长为λk激光的功率轴向分布，下标k对应第k个波长分量，上标±对应传输方向，σa和σe分别是吸收发射截面，Aeff纤芯的面积，Γk为激光的填充因子，h为普朗克常数，τ为镱离子上能级荧光寿命，ρ为拉曼效应对相位调制的贡献，gRi(gR1、gR2)表示拉曼增益系数，Δk为相位失配量，α(λi)对应光纤的传输损耗，νk为第k个波长的光频率，λk(λ1、λ2、λ3)是第k(1、2、3)个激光的波长，c为真空中的光速，Δλ为自发辐射波长间隔，j为单位虚数，E1、E2、E3分别为信号光及其一阶和二阶斯托克斯光的光场振幅，γ1、γ2、γ3分别对应E1、E2、E3的非线性系数，gi(N2)(g1(N2)、g2(N2)、g3(N2))为上能级粒子数浓度的增益系数、z为轴向坐标，Γi为激光的光场面积与镱离子掺杂面积的比例。