抑制非线性效应的8KW窄线宽光纤激光器及其构建方法与流程

本发明属于光纤激光器领域，具体涉及一种抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器及及其构建方法。

背景技术：

窄线宽光纤光栅具有的窄带选频特性使其可以作为光纤振荡器的腔镜，使其可以作为窄线宽种子源实现窄线宽激光的输出。近年来也有很多研究机构陆续对窄线宽光纤光栅组成的振荡器作为种子源的方案展开研究，且不断取得一些新的突破。2015年，有人采用基于窄线宽fbg的振荡器结合一级放大结构实现了线宽为0.08nm(10db)功率为823w的激光输出。2016年，有人利用线宽为0.1nm窄线宽光栅结合有效改变光纤长度抑制光谱展宽的方法通过一级放大实现了功率为2.9kw，带宽为0.31nm(10db)的激光输出。2017年，有人采用20/400掺镱光纤及中心波长1080nm，带宽0.1nm的窄带光纤光栅构建输出功率为300w的种子源，采用一级放大的方法实现了4kw激光的输出，虽然利用具有抑制srs功能的倾斜光栅对系统中产生的srs进行抑制，但未能对spm、wfm等非线性效应进行有效抑制导致输出光谱的10db带宽展宽至3nm(10db)。

近年来，高功率光纤激光器得到了迅猛发展，光纤激光器朝着高功率，高光束质量和窄带宽不断发展，光纤激光器中的非线性效应成为抑制光纤激光器性能大幅提升的主要因素。光纤激光器的非线性效应主要影响激光的纵模(光谱维度)特性，会引起激光器输出光谱发生严重的展宽并产生其他光谱成分，从而导致信号激光(工作波长处的激光)功率与光束质量大幅下降，破坏激光器系统的稳定性，抑制了光纤激光器的功率和线宽水平，极大限制了其在激光武器、激光雷达、光电对抗等国防军事领域中的应用，阻碍了我国光电类军用装备的革新和发展。因此，如何抑制高功率窄线宽光纤激光器的非线性效应成为目前该领域的研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种8kw窄线宽光纤激光器，克服目前种子源功率与线宽之间的矛盾，并且可以抑制受激拉曼散射、四波混频、交叉相位调制等多种非线性效应，从而克服目前单结构倾斜光纤光栅只能抑制受激拉曼散射的缺点，大幅提升整个激光器在极高功率条件下的线宽水平。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器，包括级联的高掺杂dbr窄线宽种子源系统、1kw光纤激光放大级以及8kw同带泵浦放大级，所述高掺杂dbr窄线宽种子源系统包括依次连接的第一泵浦源、第一光纤合束器、高反光栅、第一增益光纤、窄线宽低反光栅、剥离器以及两个级联的啁啾倾斜光纤光栅。

优选地，所述第一泵浦源包括2个功率均为100w的976泵浦源，高反光栅的反射带宽为2.5nm，中心波长为1080nm，反射率为99％，第一增益光纤长度为20m。

优选地，所述1kw光纤激光放大级包括依次连接的第二泵浦源、第二光纤合束器、第二增益光纤、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联。

优选地，第二泵浦源包括6个功率均为200w的915泵浦源，第二增益光纤的长度为17m，纤芯/包层直径为20/400um，吸收系数为1.26db/m。

优选地，所述8kw同带泵浦放大级包括依次连接的第三泵浦源、第三光纤合束器、第三增益光纤、第四光纤合束器、第四泵浦源、剥离器以及输出准直器。

优选地，第三泵浦源包括10个功率均为500w的1018泵浦源，第三增益光纤的长度为23m，纤芯/包层直径为30/600um，吸收系数为1.35db/m、第四泵浦源包括10个功率均为500w的1018泵浦源。

本发明还提供了一种抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器的构建方法，具体步骤如下：

第一步、搭建高掺杂dbr窄线宽种子源系统，所述高掺杂dbr窄线宽种子源系统包括依次连接的第一泵浦源、第一光纤合束器、高反光栅、增益光纤、窄线宽低反光栅、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联；

第二步、搭建1kw光纤激光放大级，并将其与高掺杂dbr窄线宽种子源系统连接，所述1kw光纤激光放大级包括依次连接的第二泵浦源、第二光纤合束器、增益光纤、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联；

第三步、搭建8kw同带泵浦放大级，并将其与1kw光纤激光放大级连接，所述8kw同带泵浦放大级包括依次连接的第三泵浦源、第三光纤合束器、增益光纤、第四光纤合束器、第四泵浦源、剥离器以及输出准直器。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明的8kw窄线宽光纤激光器中级联了多个倾斜光纤光栅，能够抑制受激拉曼散射、四波混频、交叉相位调制等多种非线性效应，从而克服目前单结构倾斜光纤光栅只能抑制受激拉曼散射的缺点，大幅提升整个激光器在极高功率条件下的线宽水平；(2)本发明提出了在mopa结构中利用高掺杂dbr种子源产生数百瓦级、亚纳米线宽的振荡型种子激光，高掺杂dbr窄线宽光纤激光种子源采用了掺杂浓度很高的增益光纤，使得同等输出激光功率时采用的增益光纤长度极短，大大减少种子源激光纵模(光谱)的数量，使种子源能够输出百瓦级亚纳米线宽的种子激光；(2)本发明在种子源与8kw放大级之间接入一个1kw的放大级，缓解了8kw放大级的放大压力，通过两级放大实现8kw窄线宽激光的输出。

附图说明

图1是本发明抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器，包括级联的高掺杂dbr窄线宽种子源系统、1kw光纤激光放大级以及8kw同带泵浦放大级，所述高掺杂dbr窄线宽种子源系统包括依次连接的第一泵浦源、第一光纤合束器、高反光栅、第一增益光纤、窄线宽低反光栅、剥离器以及两个级联的啁啾倾斜光纤光栅。

进一步的实施例中，所述第一泵浦源包括2个功率均为100w的976泵浦源，高反光栅的反射带宽为2.5nm，中心波长为1080nm，反射率为99％，第一增益光纤长度为20m。

进一步的实施例中，所述1kw光纤激光放大级包括依次连接的第二泵浦源、第二光纤合束器、第二增益光纤、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联。

进一步的实施例中，第二泵浦源包括6个功率均为200w的915泵浦源，第二增益光纤的长度为17m，纤芯/包层直径为20/400um，吸收系数为1.26db/m。

进一步的实施例中，所述8kw同带泵浦放大级包括依次连接的第三泵浦源、第三光纤合束器、第三增益光纤、第四光纤合束器、第四泵浦源、剥离器以及输出准直器。

进一步的实施例中，第三泵浦源包括10个功率均为500w的1018泵浦源，第三增益光纤的长度为23m，纤芯/包层直径为30/600um，吸收系数为1.35db/m、第四泵浦源包括10个功率均为500w的1018泵浦源。

一种抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器的构建方法，具体步骤如下：

第一步、搭建高掺杂dbr窄线宽种子源系统，所述高掺杂dbr窄线宽种子源系统包括依次连接的第一泵浦源、第一光纤合束器、高反光栅、增益光纤、窄线宽低反光栅、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联；

第二步、搭建1kw光纤激光放大级，并将其与高掺杂dbr窄线宽种子源系统连接，所述1kw光纤激光放大级包括依次连接的第二泵浦源、第二光纤合束器、增益光纤、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联；

第三步、搭建8kw同带泵浦放大级，并将其与1kw光纤激光放大级连接，所述8kw同带泵浦放大级包括依次连接的第三泵浦源、第三光纤合束器、增益光纤、第四光纤合束器、第四泵浦源、剥离器以及输出准直器。最终实现8kw窄线宽(10db光谱带宽≤0.8nm)激光的输出。

综上所述，本发明克服了目前种子源功率与线宽之间的矛盾，并且可以抑制受激拉曼散射、四波混频、交叉相位调制等多种非线性效应，从而克服目前单结构倾斜光纤光栅只能抑制受激拉曼散射的缺点，大幅提升整个激光器在极高功率条件下的线宽水平。

本发明采用了掺杂浓度很高的增益光纤，使得同等输出激光功率时采用的增益光纤长度极短，有效抑制住种子源激光中的非线性效应)，从而大大减少种子源激光纵模(光谱)的数量，使种子源能够输出百瓦级亚纳米线宽的种子激光，有利于降低后续级联式多类型非线性效应抑制型高功率啁啾倾斜光纤布拉格光栅的抑制压力，从而提高整体激光器的非线性效应抑制效果。

本发明对种子激光进行纵模调制，从而抑制滤除种子源中非线性效应所激发的非工作激光，使输入放大级的种子激光具有近衍射极限的高光束质量与窄线宽。同时为抑制1kw光纤激光放大级中所产生的非线性效应，系统在放大级输出端也接入了级联型倾斜光纤光栅。

实施例1

一种抑制非线性效应的8kw窄线宽光纤激光器，包括高掺杂dbr窄线宽种子源系统1kw光纤激光放大级以及8kw同带泵浦放大级，所述高掺杂dbr窄线宽种子源系统包括依次连接的第一泵浦源、第一光纤合束器、高反光栅、增益光纤、窄线宽低反光栅、剥离器以及两个级联的啁啾倾斜光纤光栅。第一泵浦源包括2个功率均为100w的976泵浦源，第一光纤合束器是(2+1)×1泵浦光/信号光合束器，高反光栅的反射带宽为2.5nm，中心波长为1080nm，反射率为99％，第一增益光纤长度为20m，纤芯/包层直径10/130um，吸收系数4db/m，窄线宽低反光栅反射带宽为0.05nm，中心波长为1080nm，反射率为10％，啁啾倾斜光纤光栅反射率为99％，包层模谐振锋为1138nm。

所述1kw光纤激光放大级包括依次连接的第二泵浦源、第二光纤合束器、增益光纤、剥离器以及二个啁啾倾斜光纤光栅级联。第二泵浦源包括6个功率均为200w的915泵浦源，第二光纤合束器是(6+1)×1泵浦光/信号光合束器，第二增益光纤的长度为17m，纤芯/包层直径为20/400um，吸收系数为1.26db/m。

所述8kw同带泵浦放大级包括依次连接的第三泵浦源、第三光纤合束器、增益光纤、第四光纤合束器、第四泵浦源、剥离器以及输出准直器，最终实现8kw窄线宽(10db光谱带宽≤0.8nm)激光的输出。第三泵浦源包括10个功率均为500w的1018泵浦源，第三光纤合束器是(10+1)×1泵浦光/信号光合束器，第三增益光纤的长度为23m，纤芯/包层直径为30/600um，吸收系数为1.35db/m、第四光纤合束器规格为(10+1)×1泵浦光/信号光合束器，第四泵浦源包括10个功率均为500w的1018泵浦源。