一种窄线宽全光纤激光器的制作方法

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种窄线宽全光纤激光器。

背景技术：

1、现阶段国产脉冲光纤激光器产品与市场迅速发展，各大激光器厂商争先推出更高功率、更小体积、更高性能的激光器，传统分级结构激光器光路结构和控制系统复杂，系统包含的器件种类和数量较多，部分核心器件的良品率和长期稳定性很难保证，导致激光器整体的体积、成本很难进一步压缩。为适应市场需求、拓展光纤激光应用场景，亟需减小器件、电路控制的数量，在降低成本的同时，提升系统的性能指标。

2、目前市面上光纤激光器中的放大结构大多采用多级耦合，各级泵浦经过各级耦合器进入逐级单程放大，由于放大倍数受限于光谱展宽、ase激发等因素，导致传统多级结构的器件数量较多，同时高功率放大受限于耦合器制作、增益光纤热积累，容易导致光束质量和光谱劣化、效率低、光纤损坏等问题。因此，优化激光器产品的放大结构尤为重要。

3、目前纳秒脉冲高功率激光器受限于散热和光谱展宽等问题，已有双向耦合器泵浦结构，能够解决光纤前段散热问题，但受限于反向耦合器插入损耗和光斑劣化等器件问题。另外目前已有利用少路环形器+高反光栅提高单路放大程数的技术方案，大部分泵浦能量仍然依靠耦合器进入增益光纤,放大方式与传统方式类似，整机效率和光谱提升有限。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于：提供一种窄线宽全光纤激光器，优化放大结构，同时提高激光器性能。

2、本发明所采用的技术方案是：一种窄线宽全光纤激光器，包括种子源和光功率放大模块，还包括多路环形器、光耦合器和泵浦驱动模块；

3、所述的光功率放大模块包括至少两级放大模块，每一级放大模块中均包括增益光纤和窄线宽高反射率光栅，所述的种子源和每一级放大模块中的增益光纤顺次连接所述多路环形器的端口，利用多路环形器与每一级放大模块的窄线宽高反射率光栅构成多级双程放大结构；

4、每一级放大模块中的窄线宽高反射率光栅分别通过一个光耦合器与所述的泵浦驱动模块连接，相邻放大模块对应的光耦合器之间通过信号端相互连接，使得前一级放大模块放大的脉冲光通过光耦合器反向注入到后一级放大模块中，在所述后一级放大模块形成双向三程放大；

5、在每一级放大模块中，增益光纤吸收泵浦能量后形成激发态粒子数反转集聚能量，进入每一级放大模块的脉冲光反向放大吸收大部分泵浦能量后，被窄线宽高反射率光栅返回正向放大吸收剩余泵浦能量；

6、种子源发出的脉冲光依次经过各级放大模块被逐级放大后，从多路环形器的最后一个端口输出。

7、按上述方案，所述的至少两级放大模块包括一级主放大级光功率放大模块和二级主放大级光功率放大模块；所述的光耦合器包括第一光耦合器和第二光耦合器；其中，

8、一级主放大级光功率放大模块包括一级主放大第一增益光纤和一级主放大窄线宽高反射率光栅；二级主放大级光功率放大模块包括二级主放大增益光纤和二级主放大窄线宽高反射率光栅；所述泵浦驱动模块分别通过第一光耦合器和第二光耦合器与所述一级主放大窄线宽高反射率光栅和二级主放大窄线宽高反射率光栅连接，第一光耦合器与第二光耦合器通过信号端相互连接；所述的一级主放大第一增益光纤接入所述多路环形器的端口，所述二级主放大增益光纤连接包层光剥模器后接入所述多路环形器的端口。

9、按上述方案，所述的一级主放大级光功率放大模块还包括一级主放大第二增益光纤，串接在所述一级主放大窄线宽高反射率光栅与第一光耦合器之间，用于将一级主放大级光功率放大模块放大之后的脉冲光再次放大。

10、按上述方案，所述的光功率放大模块还包括预放大级光功率放大模块，在所述至少两级放大模块之前接入所述多路环形器的端口；

11、预放大级光功率放大模块包括预放大增益光纤和预放大窄线宽高反射率光栅，其中预放大增益光纤接入所述多路环形器的端口，预放大窄线宽高反射率光栅与所述泵浦驱动模块连接。

12、按上述方案，所述的泵浦驱动模块包括泵浦源和泵浦分束器，泵浦源发出的泵浦光通过泵浦分束器后分束，分别通过对应的光耦合器接入各级放大模块。

13、按上述方案，所述的种子源为纳秒、皮秒、飞秒种子源或连续种子源。

14、按上述方案，所述的窄线宽高反射率光栅的中心波长为1064nm或1550nm。

15、按上述方案，所述的窄线宽高反射率光栅的反射光谱3db带宽为2nm或5nm。

16、按上述方案，所述的增益光纤为保偏光纤、非保偏光纤或光子晶体光纤。

17、按上述方案，所述的泵浦源的中心波长为915nm或976nm；泵浦分束器的分束比根据各级放大模块输出功率需求设置。

18、本发明产生的有益效果是：

19、1、利用多路环形器与窄线宽高反射率光栅构成多级双程放大，减少了耦合器、模式适配器、在线隔离器等器件的使用，极大的简化了光路结构和控制系统，并且多路环形器各级隔离度高，提升了系统抗高反能力，且输出端口与放大模块隔离，接输出光隔后具有多级抗高反能力，从而极大提高激光器的稳定可靠性；采用双程放大结构，在相同的放大倍数下能够缩短光纤的长度，反向放大及窄线宽高反射率光栅能够极大优化光谱，能够抑制非线性和高阶模的产生，提高了每一级的功率可调范围。

20、2、利用泵浦分束器将泵浦光分束后给各级放大模块，只需要控制泵浦分束器的分束比即可，减少了泵浦源的数量，简化了电路控制难度，节省了激光器成本和体积。

技术特征：

1.一种窄线宽全光纤激光器，包括种子源和光功率放大模块，其特征在于，还包括多路环形器、光耦合器和泵浦驱动模块；

2.根据权利要求1所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的至少两级放大模块包括一级主放大级光功率放大模块和二级主放大级光功率放大模块；所述的光耦合器包括第一光耦合器和第二光耦合器；其中，

3.根据权利要求2所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的一级主放大级光功率放大模块还包括一级主放大第二增益光纤，串接在所述一级主放大窄线宽高反射率光栅与第一光耦合器之间，用于将一级主放大级光功率放大模块放大之后的脉冲光再次放大。

4.根据权利要求1或2所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的光功率放大模块还包括预放大级光功率放大模块，在所述至少两级放大模块之前接入所述多路环形器的端口；

5.根据权利要求1所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的泵浦驱动模块包括泵浦源和泵浦分束器，泵浦源发出的泵浦光通过泵浦分束器后分束，分别通过对应的光耦合器接入各级放大模块。

6.根据权利要求1所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的种子源为纳秒、皮秒、飞秒种子源或连续种子源。

7.根据权利要求1所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的窄线宽高反射率光栅的中心波长为1064nm或1550nm；所述的窄线宽高反射率光栅的反射光谱3db带宽在0.5nm以上。

8.根据权利要求2所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的一级主放大窄线宽高反射率光栅的反射率和透射率各50％。

9.根据权利要求1所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的增益光纤为保偏光纤、非保偏光纤或光子晶体光纤。

10.根据权利要求5所述的窄线宽全光纤激光器，其特征在于，所述的泵浦源的中心波长为915nm或976nm；泵浦分束器的分束比根据各级放大模块输出功率需求设置。

技术总结
本发明公开了一种窄线宽全光纤激光器，包括种子源、至少两级放大模块、多路环形器、光耦合器和泵浦驱动模块；种子源和每一级放大模块中的增益光纤顺次连接多路环形器的端口，构成多级双程放大结构；每一级放大模块中的窄线宽高反射率光栅分别通过光耦合器与泵浦驱动模块连接，相邻放大模块对应的光耦合器相互连接，使得前一级放大模块放大的脉冲光通过光耦合器反向注入到后一级放大模块中，在后一级放大模块形成双向三程放大；种子源发出的脉冲光依次经过各级放大模块被逐级放大，从多路环形器的最后一个端口输出。本发明减少了耦合器、模式适配器、在线隔离器等器件的使用，极大的简化了光路结构和控制系统，并且极大提高激光器的稳定可靠性。

技术研发人员：李雨尘,梁乔春,欧阳书展,周孟晖,刘伟
受保护的技术使用者：武汉帝尔激光科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14