一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源的制作方法

本实用新型涉及光纤超荧光光源领域，尤其涉及一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源。

背景技术：

基于掺杂光纤的宽带超荧光光源，也称放大自发辐射光源(Amplified Spontaneous Emission，ASE)，其结构紧凑、易集成、环境稳定性高、荧光谱线宽等优点，已被广泛应用于光纤传感、光纤陀螺及低相干光学成像等领域。同时，超荧光光源与激光光源相比，具有无自脉冲、无驰豫振荡、无竞争模式和极高的时间稳定性等优点。因此，高功率光纤超荧光光源被认为是一种宽光谱、高稳定性的新型高亮度光纤光源。2微米附近波段ASE宽带光源在雷达、气体传感、光器件测试、生物成像等领域有着重要的应用。目前2微米波段的宽带光源多为亮度较低的卤钨灯，或者为输出功率较低的2微米发光二极管 (Light Emitting Diode，LED)，其输出功率多为毫瓦量级。因此，全光纤化结构2微米波段ASE意义非凡。

对于2微米波段光纤ASE的研究，采用的增益光纤或为掺铥光纤，或为掺钬光纤。掺铥增益光纤的中心波长均限制在了2000纳米以下，而钬掺杂的增益光纤，其荧光谱线长波方向可以达到2150纳米以上，恰好弥补掺铥光纤在2 微米波段的不足。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源，可以解决现有技术中缺少光谱带宽既包括2000纳米以下，又包括2000纳米以上的光源。

为实现上述目的，本实用新型提供一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源，其特征在于，所述光源包括：

第一掺杂光纤单元、分光耦合器、第一光纤放大器单元、第二光纤放大器单元、第二掺杂光纤单元、第三光纤放大器单元和合光耦合器；

所述第一掺杂光纤单元用于提供光谱带宽为第一波段的光；

所述分光耦合器与所述第一掺杂光纤单元连接，用于将所述第一波段的光按照预设分光比分成两路，一路输入所述第一光纤放大器单元，输出光功率放大后的第一波段的光，且另一路依次经过所述第二光纤放大器单元、所述第二掺杂光纤单元和所述第三光纤放大器单元，输出光功率放大后的光谱带宽为第二波段的光；

所述光功率放大后的第一波段的光及所述第二波段的光输入所述合光耦合器；

所述合光耦合器用于将所述光功率放大后的第一波段的光与第二波段的光进行合光耦合，输出光谱带宽为第三波段的光，所述第三波段包含所述第一波段及所述第二波段，所述第一波段的中心波长小于2000纳米，所述第二波段的中心波长大于2000纳米。

进一步的，所述第一光纤放大器单元包括若干个依次连接的第一放大子单元，所述第二光纤放大器单元包括若干个依次连接的第二放大子单元，所述第三光纤放大器单元包括若干个依次连接的第三放大子单元。

进一步的，其特征在于，所述第一掺杂光纤单元包括第一泵浦源、全反镜、第一合束器、第一掺杂光纤和第一隔离器；

所述第一泵浦源输出的光和所述全反镜反射的光经过所述第一合束器汇聚成一路光，依次经过所述第一掺杂光纤和所述第一隔离器，输出所述第一波段的光。

进一步的，其特征在于，所述第一放大子单元包括第二泵浦源、第二合束器、第二掺杂光纤及第二隔离器；

所述第二泵浦源输出的光和所述第一掺杂光纤单元输出的光经过所述第二合束器汇聚成一路，依次经过所述第二掺杂光纤和所述第二隔离器，输出功率放大后的所述第一波段的光。

进一步的，其特征在于，所述第二放大子单元包括第三泵浦源、第三合束器、第三掺杂光纤及第三隔离器；

所述第三泵浦源输出的光和所述第一掺杂光纤单元输出的光经过所述第三合束器汇聚成一路，依次经过所述第三掺杂光纤和所述第三隔离器，输出功率放大后的所述第一波段的光。

进一步的，其特征在于，所述第二掺杂光纤单元包括第四掺杂光纤和第四隔离器；

所述第二放大子单元输出的光依次经过所述第四掺杂光纤和所述第四隔离器，输出所述第二波段的光。

进一步的，其特征在于，所述第三放大子单元包括第四泵浦源、第四合束器、第五掺杂光纤及第五隔离器；

所述第四泵浦源输出的光和所述第二掺杂光纤单元输出的光经过所述第四合束器汇聚成一路，依次经过所述第五掺杂光纤和所述第五隔离器，输出功率放大后的所述第二波段的光。

进一步的，其特征在于，所述第一掺杂光纤单元为掺铥光纤单元，所述第一光纤放大器单元为第一掺铥光纤放大器单元，所述第二光纤放大器单元为第二掺铥光纤放大器单元，所述第二掺杂光纤单元为掺钬光纤单元，所述第三光纤放大器单元为掺钬光纤放大器单元或者铥钬共掺光纤放大器单元。

进一步的，其特征在于，所述掺铥光纤单元用于提供光谱带宽为1850至 2050纳米的光。

进一步的，其特征在于，所述掺钬光纤单元用于提供光谱带宽为1950至 2150纳米的光。

本实用新型提供一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源，该光源全部由光纤组成，合光耦合器将光功率放大后的第一波段的光与第二波段的光进行合光耦合，输出光谱带宽为第三波段的光，该第三波段包含第一波段及第二波段，第一波段的中心波长小于2000纳米，第二波段的中心波长大于2000纳米。拓宽了现有的2微米波段的带宽，使带宽既覆盖2000纳米以下，又覆盖2000 纳米以上，提高了光功率，放大后的光功率可达瓦级至数十瓦级，且该光源由全光纤组成，具有极高的稳定性、集成性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的第一掺杂光纤单元1的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的第一放大子单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的第二掺杂光纤单元5的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的第三放大子单元的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的合光耦合器7输出的ASE光谱示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

由于现有技术中存在缺少光谱带宽既包括2000纳米以下，又包括2000纳米以上的光源的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源，该光源全部由光纤组成，合光耦合器将光功率放大后的第一波段的光与第二波段的光进行合光耦合，输出光谱带宽为第三波段的光，该第三波段包含第一波段及第二波段，第一波段的中心波长小于2000纳米，第二波段的中心波长大于2000纳米。拓宽了现有的2微米波段的带宽，使带宽既覆盖2000 纳米以下，又覆盖2000纳米以上，提高了光功率，放大后的光功率可达瓦级至数十瓦级，且该光源由全光纤组成，具有极高的稳定性、集成性和实用性。

请参阅图1，为本实用新型实施例所提供的一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源的结构示意图，该光源包括：

第一掺杂光纤单元1、分光耦合器2、第一光纤放大器单元3、第二光纤放大器单元4、第二掺杂光纤单元5、第二光纤放大器单元6和合光耦合器7；

第一掺杂光纤单元1用于提供光谱带宽为第一波段的光；

分光耦合器3与第一掺杂光纤单元1连接，用于将第一波段的光按照预设分光比分成两路，一路输入第一光纤放大器单元3，输出光功率放大后的第一波段的光，且另一路依次经过第二光纤放大器单元4、第二掺杂光纤单元5和第三光纤放大器单元6，输出光功率放大后的光谱带宽为第二波段的光；

光功率放大后的第一波段的光及第二波段的光输入合光耦合器7；

合光耦合器7用于将光功率放大后的第一波段的光与第二波段的光进行合光耦合，输出光谱带宽为第三波段的光，第三波段包含第一波段及第二波段，第一波段的中心波长小于2000纳米，第二波段的中心波长大于2000纳米。

优选的，第一光纤放大器单元3与第二光纤放大器单元4为相同的光纤放大器单元，用于放大光谱带宽为第一波段的光的光功率，分光耦合器3的分光比可以自主调节。

进一步的，第一光纤放大器单元3包括若干个依次连接的第一放大子单元，第二光纤放大器单元4包括若干个依次连接的第二放大子单元，第三光纤放大器单元6包括若干个依次连接的第三放大子单元。

需要说明的是，图1中的第一光纤放大器单元3包括一个第一放大子单元，第二光纤放大器单元4包括一个第二放大子单元，第三光纤放大器单元6包括一个第三放大子单元。本实用新型的第一光纤放大器单元3可以是一个第一放大子单元，也可以由多个第一放大子单元级联组成。同样的，第二光纤放大器单元4可以是一个第二放大子单元，也可以由多个第二放大子单元级联组成。第三光纤放大器单元6可以是一个第三放大子单元，也可以由多个第三放大子单元级联组成。

进一步的，请参阅图2，为本实用新型实施例所提供的第一掺杂光纤单元1 的结构示意图。该第一掺杂光纤单元1包括第一泵浦源11、全反镜12、第一合束器13、第一掺杂光纤14和第一隔离器15；

第一泵浦源11输出的光和全反镜12反射的光经过第一合束器13汇聚成一路光，依次经过第一掺杂光纤14和第一隔离器15，输出第一波段的光。

进一步的，请参阅图3，为本实用新型实施例所提供的第一放大子单元的结构示意图。该第一放大子单元包括第二泵浦源31、第二合束器32、第二掺杂光纤33及第二隔离器34；

第二泵浦源31输出的光和第一掺杂光纤单元1输出的光经过第二合束器32汇聚成一路，依次经过第二掺杂光纤33和第二隔离器34，输出功率放大后的第一波段的光。

需要说明的是，第一光纤放大器单元3由多个第一放大子单元级联组成时，第一放大子单元与第一放大子单元之间是依次连接，前一个第一放大子单元中的第二隔离器34输出的光功率放大后的光和后一个第一放大子单元中的第二泵浦源31输出的光，经过后一个第一放大子单元中的第二合束器32汇聚成一路，依次经过后一个第一放大子单元中的第二掺杂光纤33和后一个第一放大子单元中的第二隔离器34，输出功率再次放大后的第一波段的光。

进一步的，第二放大子单元包括第三泵浦源、第三合束器、第三掺杂光纤及第三隔离器；

第三泵浦源输出的光和第一掺杂光纤单元输出的光经过第三合束器汇聚成一路，依次经过第三掺杂光纤和第三隔离器，输出功率放大后的第一波段的光。

优选的，第一掺杂光纤14、第二掺杂光纤33和第三掺杂光纤为种类相同的光纤，第一放大子单元与第二放大子单元为同一种放大子单元，用于放大光谱带宽为第一波段的光的光功率。第二放大子单元也可多个级联，用于多次放大第一波段的光的光功率。其级联结构与第一放大子单元相同，具体为：前一个第二放大子单元中的第三隔离器输出的光功率放大后的光和后一个第二放大子单元中的第三泵浦源输出的光，经过后一个第二放大子单元中的第三合束器汇聚成一路，依次经过后一个第二放大子单元中的第三掺杂光纤和后一个第二放大子单元中的第三隔离器，输出功率再次放大后的第一波段的光。

进一步的，请参阅图4，为本实用新型实施例所提供的第二掺杂光纤单元5 的结构示意图。该第二掺杂光纤单元5包括第四掺杂光纤51和第四隔离器52；

第二放大子单元输出的光依次经过第四掺杂光纤51和第四隔离器52，输出第二波段的光。

进一步的，请参阅图5，为本实用新型实施例所提供的第三放大子单元的结构示意图。该第三放大子单元包括第四泵浦源61、第四合束器62、第五掺杂光纤63及第五隔离器64；

第四泵浦源61输出的光和第二掺杂光纤单元5输出的光经过第四合束器 62汇聚成一路，依次经过第五掺杂光纤63和第五隔离器64，输出功率放大后的第二波段的光。

优选的，第四掺杂光纤51和第五掺杂光纤63为种类相同的光纤，第三光纤放大器单元6由多个第三放大子单元级联组成时，第三放大子单元与第三放大子单元之间是依次连接，前一个第三放大子单元中的第五隔离器64输出的光功率放大后的光和后一个第三放大子单元中的第四泵浦源61输出的光，经过后一个第三放大子单元中的第四合束器62汇聚成一路，依次经过后一个第三放大子单元中的第五掺杂光纤63和后一个第三放大子单元中的第五隔离器64，输出功率再次放大后的第二波段的光。

进一步的，第一掺杂光纤单元1为掺铥光纤单元，第一光纤放大器单元3 为第一掺铥光纤放大器单元，第二光纤放大器单元4为第二掺铥光纤放大器单元，第二掺杂光纤单元5为掺钬光纤单元，第三光纤放大器单元6为掺钬光纤放大器单元或者铥钬共掺光纤放大器单元。

进一步的，掺铥光纤单元用于提供光谱带宽为1850至2050纳米的光。

进一步的，掺钬光纤单元用于提供光谱带宽为1950至2150纳米的光。

优选的，若第一掺杂光纤单元1为掺铥光纤单元，第一光纤放大器单元3 为第一掺铥光纤放大器单元，第二光纤放大器单元为第二掺铥光纤放大器单元，则第一掺杂光纤14、第二掺杂光纤33与第三掺杂光纤均为掺铥光纤；若第二掺杂光纤单元5为掺钬光纤单元，第三光纤放大器单元6为掺钬光纤放大器单元，则第四掺杂光纤51与第五掺杂光纤63均为掺钬光纤。

具体的，请参阅图6，为本实用新型实施例所提供的合光耦合器7输出的 ASE光谱示意图。该图是利用合光耦合器7将掺铥光纤单元与掺钬光纤单元输出的光，进行合光耦合后输出的ASE的光谱示意图。

进一步的，本实用新型中所有的隔离器(包括第一隔离器15、第二隔离器 34、第三隔离器、第四隔离器52和第五隔离器64)，其作用均是阻碍后向反射光，保证信号ASE光沿同一个方向传输。

需要说明的是，以第一掺杂光纤单元1为掺铥光纤单元，第一光纤放大器单元3为第一掺铥光纤放大器单元，第二光纤放大器单元为第二掺铥光纤放大器单元，第二掺杂光纤单元5为掺钬光纤单元，第三光纤放大器单元6为掺钬光纤放大器单元为例，本实用新型结合掺铥光纤与掺钬光纤的特点，解决共掺光纤光谱带宽小、光谱能量密度低的不足，能够使得最终输出的光源具有高功率、宽带宽、中红外波段ASE输出，采用全光纤的结构具有小巧紧凑、稳定性好、实用性强等优点。工作原理为：首先实现产生稳定的掺铥ASE种子光(掺铥光纤单元可以采用单程前向、单程后向、双程前向或双程后向等结构，产生掺铥ASE种子光)，该掺铥ASE种子光的光谱带宽为1850至2050纳米，之后将掺铥ASE种子光经分光耦合器2后，按照预设分光比分成两束光分别注入第一掺铥光纤放大器单元和第二掺铥光纤放大器单元将其功率进行放大，其中经第二掺铥光纤放大器单元放大后的一束ASE光作为泵浦源同带泵浦掺钬光纤单元，实现光谱带宽1950-2150纳米的掺钬ASE，再次将掺钬ASE放大后，与前面另外一束经第一掺铥光纤放大器单元放大的ASE光进行合束，最终实现光谱带宽范围覆盖1850-2150纳米、3dB带宽大于100纳米，功率可达瓦级至数十瓦级的中红外超荧光输出。掺铥光纤单元能提供高质量、稳定紧凑的ASE 输出，作为种子源，提供光谱带宽为1850至2050纳米的ASE。分光耦合器2 将种子源输出的光按预设分光比分为两路，该分光比可以调节。第一掺铥光纤放大器单元和第二掺铥光纤放大器单元将低功率的ASE种子源进行放大，以实现高功率输出。掺钬光纤单元在掺铥光纤单元中的第一泵浦源11提供的泵浦作用下，辐射光谱带宽为1950至2150纳米的ASE。掺钬光纤放大器单元将前一级掺钬ASE的功率进行放大。合光耦合器可为波分复用(wavelength division multiplexer，WDM)耦合器，作用是将第一掺铥光纤放大器单元与掺钬光纤放大器单元输出的ASE光进行合光耦合输出，形成覆盖范围包括1850-2150纳米的高功率宽带宽的ASE光。

进一步的，本实用新型中的光源系统为全光纤化结构、简单紧凑、稳定性能好、各部分模块单元化设计、可多级级联、可实现高功率、大光谱宽带等。比起其他国际上提及的其他2微米ASE光源的产生方法，本实用新型采用同一掺铥ASE种子光源，将其进行分为两路后分别进行放大，一路放大后抽运掺钬光纤，采用同带泵浦方式，产生光谱带宽为1950-2150纳米的ASE光谱，视其功率大小，进行一级或多级放大，然后与另一路放大后的掺铥ASE进行光谱合束，最终实现高功率、大光谱宽带2微米波段ASE输出，关键在于将掺铥 ASE与掺钬ASE进行合束，结合本实用新型的高功率及宽光谱特性，使2微米波段ASE在光纤传感、光纤陀螺及低相干光学成像等领域具有更广泛的应用前景。

在本实用新型实施例中，该光源全部由光纤组成，合光耦合器7将光功率放大后的第一波段的光与第二波段的光进行合光耦合，输出光谱带宽为第三波段的光，该第三波段包含第一波段及第二波段，第一波段的中心波长小于2000 纳米，第二波段的中心波长大于2000纳米。拓宽了现有的2微米波段的带宽，使带宽既覆盖2000纳米以下，又覆盖2000纳米以上，提高了光功率，放大后的光功率可达瓦级至数十瓦级，且该光源由全光纤组成，具有极高的稳定性、集成性和实用性。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，以上所描述的装置单元实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，本实用新型中各组件和单元之间的连接为相互之间的耦合，或直接耦合，或通信连接，可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种高功率宽带全光纤化中红外超荧光光源的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。