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
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