一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器的制作方法

本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其是一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器。

背景技术：

光纤激光器因其结构简单、光束质量好、转换效率高等优势而被广泛应用于光通信、工业加工、生物医疗、传感探测等各个领域。随着光纤制作的工艺水平以及高亮度半导体激光器二极管泵浦源的快速发展，光纤激光器的输出功率得到了飞速的提高。然而，常规的高功率光纤激光器大多是基于稀土离子掺杂光纤提供增益，受限于稀土离子的能级结构，激光器只能工作在特定的波段，难以满足钠导星、大气遥感等领域对特殊波长激光器的应用需求。基于受激拉曼散射效应的拉曼光纤激光器，具有增益谱宽、可级联工作以及无需相位匹配等优势，只要有合适波长的抽运激光，即可产生光纤透明范围内任意波长的激光输出。此外，一般高功率的光纤激光器/放大器其线宽通常在几纳米到几十纳米，而在光谱合成、激光雷达和非线性频率转换等特殊的应用领域，对光源的线宽有较高的要求，宽谱的光纤激光器很难满足应用需求。因此，窄线宽光纤拉曼光纤激光器具有极高的研究价值与应用前景。传统的拉曼光纤放大器大多是基于硅基光纤中频移在13.2thz附近的拉曼增益峰提供增益，该增益峰线宽较宽，其3db线宽为约为7.79thz，不利于实现窄线宽拉曼激光输出。

技术实现要素：

本发明提供一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器，用于克服现有技术中的放大器增益峰线宽较宽等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器，包括：窄线宽信号源、泵浦源、光纤合束器和掺磷光纤；

所述窄线宽信号源的输出端以及所述泵浦源的输出端分别与所述光纤合束器的输入端相熔接，用于提供窄线宽信号；

所述光纤合束器包括多个输入端和一个输出端，所述光纤合束器的输入端数量等于所述窄线宽信号源的输出端数量与所述泵浦源的输出端数量之和，所述光纤合束器的输出端与所述掺磷光纤的一端相熔接；

所述掺磷光纤的另一端作为所述高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端，用于输出高功率窄线宽拉曼激光。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明提供的高功率窄线宽拉曼光纤放大器，利用窄线宽信号源提供低功率的窄线宽信号，然后利用泵浦源提供高功率的泵浦光，接着该低功率的窄线宽信号与该高功率的泵浦光通过光纤合束器耦合到掺磷光纤中，最后利用掺磷光纤的拉曼增益谱中频移为40thz附近的拉曼增益峰提供窄线宽增益，窄线宽信号源提供低功率的窄线宽信号与泵浦源提供的高功率泵浦光同时在掺磷光纤中传播时，利用所述窄线宽拉曼增益峰提供增益，基于受激拉曼散射效应，能够将泵浦源提供的高功率泵浦光转化为窄线宽信号，从而实现功率放大，输出高功率窄线宽拉曼激光。相比于纯硅基光纤，本发明提供的放大器采用的掺磷光纤的拉曼增益谱中，在频移为40thz附近有一个线宽较窄的拉曼增益峰，其3db线宽约为1.24thz，该3db线宽显著小于现有的频移在13.2thz附近的拉曼增益峰3db线宽(约为7.79thz)，利用掺磷光纤中频移为40thz附近的拉曼增益峰提供增益可实现窄线宽拉曼激光输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的高功率窄线宽拉曼光纤放大器的结构图；

图2为本发明采用的掺磷光纤的拉曼增益光谱与纯硅基光纤拉曼增益光谱对照图；

图3为本发明实施例1提供的高功率窄线宽拉曼光纤放大器的结构图；

图4为本发明实施例2提供的高功率窄线宽拉曼光纤放大器的结构图。

附图标号说明：1：窄线宽信号源；11：种子源激光器；12：f-p腔窄线宽滤波器；13：光纤隔离器；14：光纤环形器；15：第一端口；16：第二端口；17：第三端口；18：窄线宽光纤光栅；2：熔接点；3：泵浦源；4：光纤合束器；5：掺磷光纤；6：8°斜角。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器，如图1所示，包括：窄线宽信号源1、泵浦源3、光纤合束器4和掺磷光纤5；

窄线宽信号源1的输出端以及泵浦源3的输出端分别与光纤合束器4的输入端相熔接形成三个熔接点2，窄线宽信号源1用于提供窄线宽信号；

光纤合束器4包括多个输入端和一个输出端，光纤合束器4的输入端数量等于窄线宽信号源1的输出端数量与泵浦源3的输出端数量之和，光纤合束器4的输出端与掺磷光纤5的一端相熔接形成熔接点2；

掺磷光纤5的另一端作为高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端，用于输出高功率窄线宽拉曼激光。

本发明提供的高功率窄线宽拉曼光纤放大器，利用窄线宽信号源提供低功率的窄线宽信号，然后利用泵浦源提供高功率的泵浦光，接着该低功率的窄线宽信号与该高功率的泵浦光通过光纤合束器耦合到掺磷光纤中，最后利用掺磷光纤的拉曼增益谱中频移为40thz附近的拉曼增益峰提供窄线宽增益，窄线宽信号源提供低功率的窄线宽信号与泵浦源提供的高功率泵浦光同时在掺磷光纤中传播时，利用所述窄线宽拉曼增益峰提供增益，基于受激拉曼散射效应，能够将泵浦源提供的高功率泵浦光转化为窄线宽信号，从而实现功率放大，输出高功率窄线宽拉曼激光。相比于纯硅基光纤，本发明提供的放大器采用的掺磷光纤的拉曼增益谱中，在频移为40thz附近有一个线宽较窄的拉曼增益峰，其3db线宽约为1.24thz，该3db线宽显著小于现有的频移在13.2thz附近的拉曼增益峰3db线宽(约为7.79thz)，利用掺磷光纤中频移为40thz附近的拉曼增益峰提供增益可实现窄线宽拉曼激光输出。

优选地，窄线宽信号源1输出的窄线宽信号与泵浦源3输出的光信号之间的频移等于掺磷光纤5拉曼增益谱中的窄线宽增益峰的频移，该平移的数值为40thz。在该条件下，信号光(窄线宽信号)的增益系数最高，泵浦光转化得更充分，此时信号光的输出功率最高。

优选地，窄线宽信号源1包括种子源激光器11和f-p腔窄线宽滤波器12；

种子源激光器11的输出端与f-p腔窄线宽滤波器12的输入端相熔接，用于产生初始信号；

f-p腔窄线宽滤波器12的输出端与光纤合束器4的输入端相熔接，用于对初始信号进行滤波生成窄线宽信号。

优选地，窄线宽信号源1还包括光纤隔离器13，光纤隔离器13内光信号单向传输，以阻止放大器中的后向散射光进入窄线宽信号源1而破坏窄线宽信号；

光纤隔离器13设置在f-p腔窄线宽滤波器12与光纤合束器4之间，光纤隔离器13的输入端与f-p腔窄线宽滤波器12的输出端相熔接，光纤隔离器13的输出端与光纤合束器4的输入端相熔接。

优选地，窄线宽信号源1包括种子源激光器11、光纤环形器14和窄线宽光纤光栅18；

光纤环形器14依次包括第一端口15、第二端口16和第三端口17，光信号从第一端口15至第三端口17单向传输，以阻止放大器中的后向散射光进入窄线宽信号源1而破坏窄线宽信号；

种子源激光器11的输出端与第一端口15相熔接，用于产生初始信号；

窄线宽光纤光栅18的一端与第二端口16相熔接，用于对初始信号进行反射生成窄线宽信号；

第三端口17作为窄线宽信号的输出端，与光纤合束器4的输入端相熔接。

种子源激光器11提供的初始信号经由光纤环形器14的第一端口15传输到第二端口16到达窄线宽光纤光栅18，在窄线宽光纤光栅18的作用下产生一个窄线宽反射光信号重新进入光纤环形器14的第二端口16，最后从第三端口17输出。

优选地，窄线宽光纤光栅18的另一端切斜角以抑制其端面反馈，提高输出功率。

优选地，高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端切斜角以抑制其端面反馈，提高输出功率。

优选地，斜角的倾斜角度为8°，在该角度下端面反馈的抑制效果最佳。

优选地，高功率窄线宽拉曼光纤放大器包括2个泵浦源3；光纤合束器4为(2+1)×1的光纤合束器。

若有n个泵浦源3，则光纤合束器4为(n+1)×1的光纤合束器。泵浦源3的数量根据实际情况进行选择，以满足不同的应用需求。

优选地，泵浦源3为光纤激光器、半导体激光器、和气体激光器中的一种。选择常见的激光器作为泵浦源，成本低且易于获得。

优选地，掺磷光纤5为单包层光纤或者多包层光纤。选择常用的掺磷光纤，成本低且易于获得。

优选地，窄线宽信号源1为光纤激光器、半导体激光器和气体激光器中的一种。选择常见的激光器作为窄线宽信号源，成本低且易于获得。

优选地，窄线宽信号源1输出的窄线宽信号的3db线宽≤0.2nm，以保证经过放大后输出的激光3db线宽相比现有的显著变窄。

本发明提供的放大器采用掺磷光纤对信号进行增益放大，掺磷光纤可在对信号进行增益放大的同时实现窄线宽信号的不展宽，从而输出窄线宽拉曼激光。

实施例1

本实施例提供一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器，如图3所示，包括窄线宽信号源1、两个泵浦源3、(2+1)×1的光纤合束器4和掺磷光纤5；

窄线宽信号源1包括种子源激光器11、光纤隔离器13和f-p腔窄线宽滤波器12，光纤隔离器13设置在f-p腔窄线宽滤波器12与光纤合束器4之间，光纤隔离器13的输入端与f-p腔窄线宽滤波器12的输出端相熔接，光纤隔离器13的输出端与光纤合束器4的输入端相熔接。种子源激光器11用于产生初始信号；f-p腔窄线宽滤波器12用于对初始信号进行滤波生成窄线宽信号。

窄线宽信号源1的输出端以及泵浦源3的输出端分别与光纤合束器4的输入端相熔接形成三个熔接点2，窄线宽信号源1用于提供窄线宽信号；

光纤合束器4包括三个输入端(其中一个用于与窄线宽信号源1的输出端相熔接，另外两个分别用于与泵浦源3的输出端相熔接)和一个输出端，光纤合束器4的输出端与掺磷光纤5的一端相熔接形成熔接点2；

掺磷光纤5的另一端作为高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端，用于输出窄线宽拉曼激光。该高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端切8°斜角以抑制其端面反馈。

f-p腔滤波器12中心波长与种子源激光器11的中心波长相同，3db线宽≤0.2nm。

实施例2

本实施例提供一种高功率窄线宽拉曼光纤放大器，如图3所示，包括窄线宽信号源1、两个泵浦源3、(2+1)×1的光纤合束器4和掺磷光纤5；

窄线宽信号源1包括种子源激光器11、光纤环形器14和窄线宽光纤光栅18；光纤环形器14依次包括第一端口15、第二端口16和第三端口17，光信号从第一端口15至第三端口17单向传输，以阻止放大器中的后向散射光进入窄线宽信号源1而破坏窄线宽信号；种子源激光器11的输出端与第一端口15相熔接，用于产生初始信号；窄线宽光纤光栅18的一端与第二端口16相熔接，用于对初始信号进行反射生成窄线宽信号；第三端口17作为窄线宽信号的输出端，与光纤合束器4的输入端相熔接。种子源激光器11提供的初始信号经由光纤环形器14的第一端口15传输到第二端口16到达窄线宽光纤光栅18，在窄线宽光纤光栅18的作用下产生一个窄线宽反射光信号重新进入光纤环形器14的第二端口16，最后从第三端口17输出。

窄线宽信号源1的输出端以及泵浦源3的输出端分别与光纤合束器4的输入端相熔接形成三个熔接点2，窄线宽信号源1用于提供窄线宽信号；

光纤合束器4包括三个输入端(其中一个用于与窄线宽信号源1的输出端相熔接，另外两个分别用于与泵浦源3的输出端相熔接)和一个输出端，光纤合束器4的输出端与掺磷光纤5的一端相熔接形成熔接点2；

掺磷光纤5的另一端作为高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端，用于输出窄线宽拉曼激光。该高功率窄线宽拉曼光纤放大器的输出端切8°斜角以抑制其端面反馈。

窄线宽光纤光栅18中心波长与种子源激光器11的中心波长相同，3db线宽≤0.2nm。

窄线宽信号源1输出的窄线宽信号与泵浦源3输出的光信号之间的频移等于掺磷光纤5拉曼增益谱中的窄线宽增益峰的频移，该平移的数值为40thz。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。