一种环形多波长光纤放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种环形光纤放大器，主要用于放大多个波长的激光，提高系统输出激光的亮度，适合在高功率、小型化激光领域应用。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展和国民经济的增长，在工业制造和军事防御领域，对激光系统的亮度提出越来越高的要求。光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、结构紧凑和散热能力强等特点，在高亮度激光领域得到了广泛应用。
[0003]但是在高功率情况下，单一波长的光纤激光器受限于非线性效应，难以进一步提升亮度。人们提出多种方案来解决光纤激光器输出激光亮度受限的问题。比如，通过缩短光纤长度、增大光纤、设计特殊的波导结构来抑制光纤中的非线性效应。但是这种方法目前仅在实验室中作探索研宄，工程实用性还不高。又比如，使用相干合成方法将多个光纤激光器的输出激光叠加在一起增强亮度。但是该方法会将一部分激光能量浪费在干涉旁瓣上，并且系统体积庞大，光路复杂，容易受到环境因素干扰。再比如，可以使用色散元件将多个波长的激光合并成一束，也就是所谓的光谱合成方法。但是这种方法的亮度提升受限于色散元件的损伤阈值，而且同样体积较为庞大，影响实用性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，通过各种双色镜和透镜的组合，将二至四个波长的激光和泵浦光耦合进入一根光纤中进行放大，构成一个环形多波长光纤放大器，可以提高非线性效应阈值，大幅提升激光系统的输出亮度，同时能够减少多波长放大所需要的器件，具有结构紧凑，成本低廉，光学转换效率高的优点。
[0005]本发明技术解决方案如下:
[0006]一种环形多波长光纤放大器，包括正向親合镜、输入双色镜、正向透镜、增益光纤、反向親合镜、输出双色镜和反向透镜；
[0007]第一束激光经过正向耦合镜反射，输入双色镜透射，通过正向透镜聚焦耦合进入并通过增益光纤，被反向透镜扩束准直，经过输出双色镜反射后输出；第二束激光经过反向耦合镜反射，输出双色镜透射，再通过反向透镜聚焦耦合进入并通过保偏增益光纤，被正向透镜扩束准直，经过输入双色镜反射再经过输出双色镜透射后输出。泵浦光分两路，一路依次通过所述的正向耦合镜、输入双色镜、正向透镜耦合进入所述的保偏增益光纤，另一路依次通过反向耦合镜、输出双色镜和反向透镜耦合进入所述的保偏增益光纤。
[0008]所述的第一束激光是平行准直传播的，可以由一种线偏振激光组成，也可以由两种波长不同且偏振方向正交的线偏振激光组成。
[0009]所述的第二束激光是平行准直传播的，可以由一种线偏振激光组成，也可以由两种波长不同且偏振方向正交的线偏振激光组成。
[0010]所述的第一束激光和所述的第二束激光波长不相同。
[0011]作为优选地，所述的正向耦合镜对所述的泵浦光透过率大于90%，对所述的第一束激光反射率大于50%，这样利于第一束激光和泵浦光在装置内有效传输。
[0012]作为优选地，所述的输入双色镜对所述的泵浦光透过率大于90%，对所述的第一束激光透过率大于50%，对所述的第二束激光反射率大于50%，这样利于第一束激光、第二束激光和泵浦光在装置内有效传输。
[0013]作为优选地，所述的反向耦合镜对所述的泵浦光透过率大于90%，对所述的第二束激光反射率大于50%，这样利于第二束激光和泵浦光在装置内有效传输。
[0014]作为优选地，所述的输出双色镜对所述的泵浦光透过率大于90%，对所述的第二束激光透过率大于50%，对所述的第一束激光反射率大于50%，这样利于第一束激光、第二束激光和泵浦光在装置内有效传输。
[0015]作为优选地，所述的保偏增益光纤对泵浦光的吸收大于10dB，对第一束激光和第二束激光的传输损耗小于ldB，确保激光能够实现高功率放大。
[0016]本发明的技术效果:
[0017]一根掺杂稀土离子的增益光纤的激光增益谱段其实是非常宽的，多个不同波长的激光进入增益光纤后，只要波长间隔保持足够大或者偏振方向正交，可以各自提取泵浦光，在增益光纤中完成放大。本发明利用双色镜对某一种波长的激光反射率高，对另外一种波长的激光透射率高的特点，可以将多束波长不同，入射方向不同的激光联通泵浦光一起通过空间耦合的方式耦合进入同一根增益光纤，实现一根增益光纤放大多个波长的激光，提高整个激光系统输出激光亮度的效果。与现有技术相比，本发明结构紧凑，成本低廉，可以实现多个波长的同时放大和共孔径输出，提高输出激光的亮度。
【附图说明】
[0018]图1为本发明环形多波长光纤放大器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]先请参阅图1，图1为环形多波长光纤放大器的结构示意图。
[0021]正向耦合镜2镀有1050nm?1070nm波段的高反射膜和960nm?980nm波段的高透射膜，与光轴呈45°角放置；输入双色镜3镀有960nm?980nm波段的高透射膜，1050nm?1070nm波段的高透射膜和1070nm?1090nm波段的高反射膜，与光轴呈45°角放置；反向耦合镜7镀有1070nm?1090nm的高反射膜和960nm?980nm的高透射膜，与光轴呈45°角放置；输出双色镜8镀有1960nm?980nm波段的高透射膜，1050nm?1070nm波段的高反射膜和1070nm?1090nm波段的高透射膜，与光轴呈45°角放置；正向透镜4和反向透镜9均为焦距500mm的凸透镜，均镀有960nm?980nm波段、1040nm?IlOOnm波段的高透射膜。
[0022]两束中心波长为976nm，功率均为1000W的泵浦光10分别经过正向耦合镜2、输入反射镜3和反向耦合镜7、输出反射镜8的透射，再分别经过正向透镜4和反向透镜9的聚焦后耦合进入一段保偏增益光纤5，该保偏增益光纤5长10m，纤芯直径20 μ m，内包层直径400 μ m，对976nm的光的吸收系数是1.5dB/m。
[0023]同方向平行准直传输的s方向偏振，波长为1060nm的激光和p方向偏振，波长为1065nm的激光组成第一束激光1，总功率为20W，经过正向耦合镜2后发生发射，再经过输入反射镜3透射和正向透镜4聚焦后耦合进入保偏增益光纤5的一端，经过放大后从另一端出射，经过反向透镜9进行准直，被输出双色镜8反射后输出，输出功率达到800W。
[0024]同方向平行准直传输的s方向偏振，波长为1075nm的激光和p方向偏振，波长为1080nm的激光组成第二束激光(6)，总功率为20W，经过反向耦合镜7后发生发射，再经过输出反射镜8透射和反向透镜9聚焦后耦合进入保偏增益光纤5的一端，经过放大后从另一端出射，经过正向透镜4进行准直，被输入双色镜3反射后在经过输出双色镜8透射输出，输出功率达到800W。
[0025]两束激光通过保偏增益光纤5放大后合成为一束激光(包含有四个波长的激光)，总功率达到1600W，并且没有观测到有害的非线性效应。
[0026]该实施例表明，本发明能够使用一根光纤同时放大多个波长的激光的能力，并且可以有效提高非线性效应阈值，提升激光系统的输出亮度，同时能够减少多波长放大所需要的器件，具有结构紧凑，成本低廉，光学转换效率高等优点。
[0027]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种环形多波长光纤放大器，其特征在于:包括正向耦合镜(2)、输入双色镜(3)、正向透镜(4)、增益光纤(5)、反向親合镜(7)、输出双色镜⑶和反向透镜(9)； 第一束激光(I)依次经过正向耦合镜(2)反射、输入双色镜(3)透射、正向透镜(4)聚焦耦合进入并通过增益光纤(5)，再被反向透镜(9)扩束准直，经过输出双色镜(8)反射后输出； 第二束激光(6)依次经过反向耦合镜(7)反射、输出双色镜(8)透射和反向透镜(9)聚焦耦合进入并通过保偏增益光纤(5)，再被正向透镜(4)扩束准直，经过输入双色镜(3)反射、输出双色镜⑶透射后输出； 泵浦光(10)分两路，一路依次通过所述的正向耦合镜(2)、输入双色镜(3)、正向透镜(4)耦合进入所述的保偏增益光纤(5)，另一路依次通过反向耦合镜(7)、输出双色镜(8)和反向透镜(9)耦合进入所述的保偏增益光纤(5)。2.根据权利要求1中所述的环形多波长光纤放大器，其特征在于:所述的正向耦合镜(2)对所述的泵浦光(10)透过率大于90%，对所述的第一束激光(I)反射率大于50%。3.根据权利要求1中所述的环形多波长光纤放大器，其特征在于:所述的输入双色镜(3)对所述的泵浦光(10)透过率大于90%，对所述的第一束激光(I)透过率大于50%，对所述的第二束激光(6)反射率大于50%。4.根据权利要求1中所述的环形多波长光纤放大器，其特征在于:所述的反向耦合镜(7)对所述的泵浦光(10)透过率大于90%，对所述的第二束激光(6)反射率大于50%。5.根据权利要求1中所述的环形多波长光纤放大器，其特征在于:所述的输出双色镜(8)对所述的泵浦光(10)透过率大于90%，对所述的第二束激光(6)透过率大于50%，对所述的第一束激光(I)反射率大于50%。6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的环形多波长光纤放大器，其特征在于:所述的保偏增益光纤(5)对泵浦光(10)的吸收大于10dB，对第一束激光(I)和第二束激光(6)的传输损耗小于ldB。
【专利摘要】本发明提供了一种环形多波长光纤放大器，该放大器包含一根保偏增益光纤、两个用于光束耦合或准直的透镜和四块双色镜。不同波长的激光经过反射率对波长具有选择性的双色镜之后传输方向发生改变，经过同一根增益光纤放大后最终合成为一束激光输出。本发明具有结构紧凑、光学转换效率高、成本低廉的优点，能够大幅度提升输出激光的亮度。
【IPC分类】H01S3/083, H01S3/067, G02F1/39
【公开号】CN104917040
【申请号】CN201510309298
【发明人】武春风, 刘厚康, 李强, 姜永亮, 吕亮, 戴玉芬, 赵朋飞, 宋祥, 唐仕旺
【申请人】湖北航天技术研究院总体设计所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月8日