本实用新型涉及光纤放大器领域，特别是涉及一种窄线宽MOPA光纤放大器。
背景技术：
基于主振荡功率放大(MOPA)结构的单频窄线宽光纤放大器与固体单频激光器和稳频CO2激光器相比,具有小型模块化、可靠性高、寿命长、使用灵括及维护方便等特点,在整机系统集成中其体积、重量、紧凑性及可靠性等方面都具有很大优势,并且在价格上也具有较大优势,因此，单频窄线宽光纤放大器在激光雷达、激光测距、频率转换、相干合成及光电传感等领域有广泛的应用。
随着单频窄线宽光纤放大器的平均功率尤其是峰值功率的提高，光纤中光的功率密度很高，与光纤的相互作用随着光纤长度的增加而变得明显，当光纤内峰值功率超过SBS或者SRS的阈值，会产生频率下移的斯托克斯光，导致了输出激光功率的下降。尤其是SBS效应，因为SBS光波长在信号光放大增益带宽内且增益系数较大，其产生的后向传输脉冲会被放大系统(尤其是主放大级)放大，且后向SBS光功率会随正向信号光功率的增加呈指数增长，导致后向峰值功率过高而破坏前级器件如光纤隔离器。抑制SBS效应的方法有很多，包括增加信号光的谱宽、减小光纤有效长度、增大纤芯有效模场面积以及改变纤芯掺杂离子分布等，但在实际应用中，要求单频窄线宽光纤放大器具有更高的输出功率、更好的光束质量以及更加简单的操作，这会限制以上方法的适用范围和抑制效果而无发避免的出现SBS效应，另外相同放大级不同的增益光纤类型、不同的增益光纤长度以及不同的泵浦方式都会导致该放大级SBS效应阈值功率的变化，所以如何准确而简单有效的检测并滤除MOPA主放大级中SBS光，直接影响单频窄线宽光纤放大器的商业化应用。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本实用新型提出一种窄线宽MOPA光纤放大器，该窄线宽MOPA光纤放大器中主放大级产生的受激布里渊散射光(SBS光)可被有效滤除。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种窄线宽MOPA光纤放大器，包括至少两级放大级光路结构和设于两级放大级光路结构之间的三端口环形器A；前级放大级光路结构输出的信号光经所述三端口环形器A的端口1和端口2进入后级放大级光路结构中，后级放大级光路结构产生的反向SBS光经所述三端口环形器A的端口2传输至端口3，并被设于所述三端口环形器A的端口3处的滤光结构滤除。
进一步的，所述滤光结构为：在所述三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶，或者在所述三端口环形器A的端口3处连接涂有吸收材料的空腔。
进一步的，至少两级放大级光路结构为由预放大级光路结构和主放大级光路结构组成的两级放大光路结构。
进一步的，所述预放大级光路结构包括种子源、泵浦源A、合束器A和增益光纤A；所述主放大级光路结构包括泵浦源B、合束器B、增益光纤B和输出端；所述种子源及所述泵浦源A与所述合束器A的输入端相连接，所述合束器A的输出端与所述增益光纤A的一端相连接，所述增益光纤A的另一端与所述三端口环形器A的端口1相连接；所述泵浦源B与所述合束器B的输入端相连接，所述合束器B的输出端与所述增益光纤B的一端相连接，所述增益光纤B的另一端与与所述三端口环形器A的端口2相连接，所述预放大级光路结构与所述主放大级光路结构之间连接有窄带滤波器。
进一步的，所述预放大级光路结构包括种子源、三端口环形器B，第一增益光纤、波分复用器、宽带光纤反射镜和第一泵浦源；所述主放大级光路结构包括第二增益光纤、合束器、第二泵浦源和输出端；所述种子源的输出端与所述三端口环形器B的端口1相连接，所述三端口环形器B的端口2与所述第一增益光纤的一端相连接，所述第一增益光纤的另一端依次连接所述波分复用器和所述宽带光纤反射镜，所述第一泵浦源以后向泵浦的方式与所述波分复用器相连接，所述三端口环形器B的端口3与所述三端口环形器A的端口1相连接；所述第二增益光纤的一端与所述三端口环形器A的端口2相连接，所述第二增益光纤的另一端依次连接所述合束器和所述输出端，所述第二泵浦源以后向泵浦方式与所述合束器相连接。
进一步的，所述预放大级光路结构还包括可调谐滤波器，所述可调谐滤波器连接于所述波分复用器和所述宽带光纤反射镜之间。
进一步的，所述第一增益光纤为单模掺铒光纤，所述种子源为直接电调制的1550nm半导体激光器，所述第一泵浦源为980nm单模半导体激光器，所述波分复用器为980nm/1550nm波分复用器，所述第二泵浦源为975nm多模半导体激光器，所述第二增益光纤为双包层铒镱共掺光纤。
进一步的，还包括用于驱动所述各放大级光路结构的泵浦源的放大级驱动电路、用于驱动所述种子源的种子源驱动电路和对前述各驱动电路进行控制的控制电路。
与现有技术相比，本实用新型提出一种具有滤除受激布里渊散射光(SBS光)功能的窄线宽MOPA光纤放大器，通过在前级放大级光路结构和后级放大级光路结构之间增设三端口环形器A，并在三端口环形器A的端口3处设置用于滤除SBS光的滤光结构，利用环形器的单向导通性和滤光结构，可有效滤除主放大级产生的受激布里渊散射光(SBS光)。
附图说明
图1为本实用新型窄线宽MOPA光纤放大器的结构示意图；
图2为本实用新型优选实施例1两级放大光路结构的窄线宽MOPA光纤放大器结构示意图；
图3为本实用新型优选实施例2两级放大光路结构的窄线宽MOPA光纤放大器结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型提出一种窄线宽MOPA光纤放大器，包括至少两级放大级光路结构和设于两级放大级光路结构之间的三端口环形器A100；前级放大级光路结构200输出的信号光经所述三端口环形器A的端口1和端口2进入后级放大级光路结构300中，后级放大级光路结构产生的反向SBS光经所述三端口环形器A的端口2传输至端口3，并被设于所述三端口环形器A的端口3处的滤光结构400滤除。这样，通过在前级放大级光路结构和后级放大级光路结构之间增设三端口环形器A，并在三端口环形器A的端口3处设置用于滤除SBS光的滤光结构，利用环形器的单向导通性和滤光结构，可有效滤除主放大级产生的受激布里渊散射光(SBS光)。
优选的，滤光结构为：在所述三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶，或者在所述三端口环形器A的端口3处连接涂有吸收材料的空腔。
窄线宽MOPA光纤放大器还包括用于驱动所述各放大级光路结构的泵浦源的放大级驱动电路、用于驱动种子源的种子源驱动电路和对前述各驱动电路进行控制的控制电路500。
上述窄线宽MOPA光纤放大器的工作原理如下：
三端口环形器A具有单向导通性，信号光只能从端口1→端口2、端口2→端口3传输，而不能反向传输。
种子源输出的种子光首先经过预放大级光路结构进行功率预放大，经过三端口环形器A的端口①→端口②进入一级主放大光路结构，通过控制电路改变一级主放大光路结构的平均输出功率，由于主放大级光路结构放大的信号光功率高，峰值功率达数十千瓦，光纤中容易产生SBS效应。产生的SBS光的传输方向和信号光的方向相反，三端口环形器A的单向导通性保障了SBS光只能经环形器2的端口2→端口3传输，而不会从端口2→端口1传输，在端口3处设置滤光结构(比如在三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶)可有效滤除了SBS光，避免其对预放大级的影响。
同理，一级主放大光路结构的输出信号光经过下一个三端口环形器A的端口①→端口②进入二级主放大光路结构，通过控制电路增大二级主放大光路结构的平均输出功率，而二级主放大光路结构产生的SBS光经环形器2的端口②→端口③被滤除，以此类推，N级主放大光路结构产生的反向SBS光经过第N个三端口环形器的被滤除。比如在三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶，使形成得最终产品可以有效滤除反向SBS光，避免其对预放大级的影响。
为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本实用新型的内容而非限制本实用新型的保护范围。下述实施例中至少两级放大级光路结构为由预放大级光路结构和主放大级光路结构组成的两级放大光路结构，但不限于此，也可以为其他多级放大级光路结构。
实施例1
如图2所示，一种窄线宽MOPA光纤放大器，包括预放大级光路结构和主放大级光路结构，预放大级光路结构包括种子源110、泵浦源A111、合束器A112和增益光纤A113；主放大级光路结构包括泵浦源B114、合束器B115、增益光纤B116和输出端117；种子源及泵浦源A与合束器A的输入端相连接，合束器A的输出端与增益光纤A的一端相连接，增益光纤A的另一端与三端口环形器A300的端口1相连接；泵浦源B与合束器B的输入端相连接，合束器B的输出端与增益光纤B的一端相连接，增益光纤B的另一端与三端口环形器A的端口2相连接；三端口环形器A的端口3处设置用于滤除SBS光的滤光结构，比如在三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶或。
优选的，所述预放大级光路结构与所述主放大级光路结构之间连接有窄带滤波器118。窄带滤波器用于滤除预放大级产生的自发辐射(ASE)光。如果预放大级产生的ASE光没有滤除，则ASE光会随着主放大级继续放大，将会这会减小输出激光的信噪比，限制种子源信号光的放大。
优选的，增益光纤A为单模掺铒光纤，种子源为直接电调制的1550nm半导体激光器，泵浦源A为980nm单模半导体激光器，泵浦源B为950nm单模半导体激光器，增益光纤B为双包层铒镱共掺光纤。
本实用新型窄线宽MOPA光纤放大器还包括用于驱动各放大级光路结构的泵浦源的放大级驱动电路、用于驱动种子源的种子源驱动电路和对前述各驱动电路进行控制的控制电路。
实施例2
如图3所示，一种窄线宽MOPA光纤放大器，包括预放大级光路结构和主放大级光路结构，预放大级光路结构包括种子源210、三端口环形器B211，第一增益光纤212、波分复用器213、宽带光纤反射镜214和第一泵浦源215；主放大级光路结构包括第二增益光纤216、合束器217、第二泵浦源218和输出端219；种子源的输出端与三端口环形器B的端口1相连接，三端口环形器B的端口2与第一增益光纤的一端相连接，第一增益光纤的另一端依次连接波分复用器和宽带光纤反射镜，第一泵浦源以后向泵浦的方式与波分复用器相连接，三端口环形器B的端口3与三端口环形器A300的端口1相连接；第二增益光纤的一端与三端口环形器A的端口2相连接，第二增益光纤的另一端依次连接合束器和输出端，第二泵浦源以后向泵浦方式与合束器相连接，三端口环形器A的端口3处设置用于滤除SBS光的滤光结构，(比如在三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶)。优选的，预放大级光路结构还包括可调谐滤波器220，可调谐滤波器连接于波分复用器和宽带光纤反射镜之间。
上述结构中，通过在预放大和主放大级之间增设三端口环形器A，并在三端口环形器A的端口3处设置滤光结构(比如在三端口环形器A的端口3处涂覆高折射率胶)。利用环形器的单向导通性和滤光结构，可有效滤除主放大级产生的受激布里渊散射光(SBS光)，从而避免其对前放大级的影响。且上述预放大级光路结构其实质是一种单级双程的预放大结构，种子光经三端口环形器B的端口1和端口2输入到第一增益光纤中，然后经宽带光纤反射镜作用后，种子光可再次通过第一增益光纤从而获得更高的增益，因此，通过这种双程预放大结构能够节省增益光纤长度，增大光-光转化效率，从而提高增益光纤对小信号的放大能力，保障亚纳秒激光脉冲的高保真放大；且预放大级光路结构中，在宽带光纤反射镜和波分复用器之间连接有可调谐滤波器，可实现通带宽度可调滤波，从而滤除单程放大的ASE光，有效避免因滤波器(比如窄线宽滤波器)与种子源带宽不匹配造成的损耗；且第一泵浦源采用后向泵浦方式，可有效抑制ASE效应，同时提高输出功率；因此，本实用新型还克服了小信号放大困难、增益光纤过长等问题；同时克服了小信号脉冲放大过程中ASE光积累问题，大幅度提高了输出功率。本实用新型输出功率高，放大级数少，结构紧凑，成本较低易于商业化生产。
优选的，第二增益光纤与三端口环形器B的端口3之间连接有包层泵浦剥模器221、带通滤波器222和光纤模式匹配器225。这样，主放大级光路在通过反向泵浦有效提高输出功率时，多余的泵浦光可通过包层泵浦剥模器滤除，防止其对预防大级光路结构的损伤。也可以替代包层泵浦剥模器，直接在熔接点涂覆高折射率胶，以滤除多余的泵浦光，防止其对前级放大结构的影响。带通滤波器可为窄带滤波器或宽带滤波器，用于滤除预放大级产生的自发辐射(ASE)光。如果预放大级产生的ASE光没有滤除，则ASE光会随着主放大级继续放大，这会减小输出激光的信噪比，限制信号光的放大。预放大级的增益光纤和主放大级的增益光纤类型不同，在两级之间插入光纤模式匹配器(MFA)，可以减小两级之间的熔接损耗和模式耦合损耗，提高光束质量。
优选的，第一增益光纤为单模掺铒光纤或Er/Yb共掺光纤，种子源为直接电调制的1550nm半导体激光器或1550nm调Q激光器，种子源采用直接电调制的半导体激光器(LD)，其中心波长为1550.98nm，带宽为2.5GHz，经调制输出的脉冲宽度为519±0.6ps，重复频率在10KHz-2MHz范围内连续可调。
第一泵浦源为980nm单模半导体激光器，波分复用器为980nm/1550nm波分复用器，第二泵浦源为975nm多模半导体激光器，第二增益光纤为双包层铒镱共掺光纤。这样，980nm泵浦光经980nm/1550nm波分复用器(WDM)耦合进单模掺铒(Er)光纤，泵浦光和信号光可都在纤芯传播，从而提高泵浦转换效率。Er/Yb共掺光纤能够克服掺铒光纤存在的浓度淬灭效应，提高增益光纤的泵浦转换效率，从而提高输出功率。
优选的，窄线宽MOPA光纤放大器还包括用于驱动各放大级光路结构的泵浦源的放大级驱动电路、用于驱动种子源的种子源驱动电路和对前述各驱动电路进行控制的控制电路。
优选的，所述输出端连接有隔离器223和准直镜224。这样，在输出端接隔离器，可以防止端面的菲涅尔反射产生寄生激光振荡，然后接光纤准直器，可以保证激光器的准直出光。
优选的，还包括用于驱动所述单模半导体激光器的预放大级驱动电路、用于驱动所述种子源的种子源驱动电路、用于驱动所述多模半导体激光器的主放大级驱动电路和对前述各驱动电路进行控制的控制电路。种子源光脉冲的稳定性取决于调制电路的精度，所以一般的机械振动对其影响不大；种子源波长的稳定性与温度有关，通过精确的温度控制电路可保证种子源波长的稳定性，有效的保证了激光的稳定放大。
优选的，所述种子源与所述三端口环形器B之间连接有隔离器。这样，隔离器起到保护种子源的作用。
本实施例2的工作过程及原理如下：
直接电调制的半导体激光器输出的种子光经三端口环形器B的端口1和端口2依次输入到单模掺铒光纤、可调谐滤波器和光纤反射镜中，然后经光纤反射镜的作用，种子光两次通过单模掺铒光纤从而获得更高的增益。三端口环形器B的单向导通特性可以防止反向传输的光损伤种子源。预放大级以980nm单模半导体激光器(Pump1)作为泵浦源，通过980/1550nm波分复用器(WDM)将泵浦光耦合到单模掺铒光纤中。种子光经过双程预放大后通过三端口环形器B的端口3、三端口环形器A的端口1和端口2入射到主放大级光路结构中。主放大级光路结构产生的SBS光经三端口环形器A的端口②→端口③进行滤除，避免其对预放大级的影响。主放大级采用反向泵浦的方式将975nm多模半导体激光器输出的泵浦光，通过一个(2+1)×1合束器耦合进一段双包层铒镱共掺光纤中，由于预放大级和主放大级的光纤类型不同，在两级之间插入光纤模式匹配器(MFA)以减小两级之间的熔接损耗和模式耦合损耗同时提高光束质量，并在第二增益光纤和模式匹配器的熔点处涂覆高折射率胶进行抽运滤除(PS)，防止未被吸收的980nm泵浦光对前级器件造成损伤。主放大级的合束器的空余泵浦端点涂高折胶，输出端接隔离器，防止端面的菲涅尔反射产生寄生激光振荡，然后接光纤准直器，保证激光器的准直出光。
本实施例2中，种子源、预放大级的增益光纤及预放大级WDM可根据实际应用而定，如1550nm激光器：种子源可以是1550nm半导体激光器或1550nm调Q激光器；增益光纤为单模Er纤或Er/Yb共掺光纤；WDM对应于980nm单模泵浦源，(N+1)×1合束器对应于多模泵浦源(915、950、975nm等)。如1064nm激光器：种子源为1064nm半导体激光器或1064nm调Q激光器；增益光纤为双包层掺Yb光纤；(N+1)×1合束器；泵浦源为多模915、950、975nm半导体激光器等。
以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。