适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器及其放大方法与流程

文档序号:19147715发布日期:2019-11-15 23:43阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器,其特征在于,包括掺镱(yb3+)光纤工作物质(1)、光纤入射端口(2)、光纤出射端口(3)、泵浦太阳光(4)和多波长种籽激光(5),

所述光纤入射端口(2)与所述光纤出射端口(3)位于同一直线上,所述掺镱(yb3+)光纤工作物质(1)绕成环状结构设置在所述光纤入射端口(2)和所述光纤出射端口(3)之间,所述多波长种籽激光(5)由不同波长的多束激光形成并位于所述光纤入射端口(2)处,所述泵浦太阳光(4)设置在所述光纤入射端口(2)处并位于所述多波长种籽激光(5)上方,

所述掺镱(yb3+)光纤工作物质(1)、所述光纤入射端口(2)、所述光纤出射端口(3)、所述泵浦太阳光(4)和所述多波长种籽激光(5)相配合工作,使得所述多波长种籽激光(5)能够完成多个不同波长激光的同时放大。

2.根据权利要求1所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器,其特征在于,所述空间阳光泵浦激光放大器在950-1075nm波段能对多波长激光进行放大。

3.一种适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1,将泵浦太阳光经光纤入射端口会聚至掺镱(yb3+)光纤工作物质;

步骤2,利用光纤合束手段将多波长种籽激光经光纤入射端口耦合至掺镱(yb3+)光纤工作物质的纤芯,多波长种籽激光在纤芯内行进;

步骤3,放大器系统内光纤工作物质的泵浦方式为包层泵浦,光纤的镀层为第二包层,第一包层具备太阳光波导的功能,泵浦太阳光被直接耦合至光纤内的第一包层;

步骤4,多波长种籽激光经合束后,耦合进入光纤掺杂yb3+的纤芯。

4.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法,其特征在于,所述步骤1是基于阳光泵浦激光技术,当泵浦太阳光功率密度达到泵浦阈值功率密度时,掺镱(yb3+)光纤工作物质内粒子从低能级被泵浦跃迁到高能级,实现粒子数反转。

5.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法,其特征在于,所述步骤2是利用光纤合束器将多路不同波长种籽激光耦合进入1掺镱(yb3+)光纤工作物质。

6.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法,其特征在于,所述步骤4是当多波长种籽激光通过处于粒子数反转状态的光纤工作物质时,迫使高能级原子跃迁到低能级,释放的能量产生光辐射,受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向分别与入射种籽光的频率、相位、偏振态和传播方向相同。

7.根据权利要求3所述的适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器的放大方法,其特征在于,空间多波长载波光源为连续激光,光纤激光放大器的某一波长种籽激光增益公式可表示如下:

其中,g为放大器增益,pin为输入泵浦功率,a为种籽激光光斑横截面积,is为饱和光强,g0为小信号增益,

其中,饱和光强is定义为:

γ为单光子发射之后反转粒子数的净减少值,h为普朗克常数,v为光波的频率,σ为受激发射截面,τc为荧光寿命,激光增益介质掺yb3+光纤对应的γ=1,则有:

g0=exp(g0l)(3)

在输入能量较低的条件下,即g0pin<<ps,可以近似得到:

g≈g0=exp(g0l)(4)

其中,g0为小信号增益系数,l为光纤激光增益介质的长度,

当系统处于小信号工作状态时,假设wpτc<<1,则有:

g0=στcn0wp(5)

式中,n0表示基态粒子数密度,σ为受激发射截面,τc为荧光寿命,wp为泵浦速率,则n0wp表示单位时间单位体积从基态能级转移到激光上能级的粒子数,则有:

n0wp=ηqn0w03(6)

式中,ηq为量子效率,w03为从基态能级到激光上能级跃迁几率,

结合阳光泵浦光纤激光放大器系统中各环节能量传递效率,则有:

式中,ηovp、ηt、ηa、ηu、ηb、pab分别表示光谱重叠效率、传输效率、吸收效率、上能级效率、光束交叠率和提取效率,pab表示系统接收太阳光功率,vl表示输出激光波长,h为普朗克常数,v为光波的频率,定义饱和光强is,有则小信号增益系数g0为

将上式带入公式(4),可以得到阳光泵浦光纤激光放大器的增益g


技术总结
本发明提供了一种适用于多个波长放大的阳光泵浦激光放大器,包括掺镱(Yb3+)光纤工作物质、光纤入射端口、光纤出射端口、泵浦太阳光和多波长种籽激光,掺镱(Yb3+)光纤工作物质绕成环状结构设置在光纤入射端口和光纤出射端口之间,泵浦太阳光设置在光纤入射端口处并位于多波长种籽激光上方,掺镱(Yb3+)光纤工作物质、光纤入射端口、光纤出射端口、泵浦太阳光和多波长种籽激光相配合工作,使得多波长种籽激光能够放大成多个波长的放大。本发明放大器能够实现多个波长种籽激光功率的同时放大,可应用于波分复用卫星光通信系统中,能够提高空间能量转换效率,提升空间信息传输速率。

技术研发人员:关哲;汪少林;张伟;舒锐;刘阳;周必磊
受保护的技术使用者:上海卫星工程研究所
技术研发日:2019.08.14
技术公布日:2019.11.15
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1