一种种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器的制作方法

1.本发明属于光学领域以及激光器设计技术，涉及一种种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器。


背景技术：

2.随着新一代战斗机作战能力需求不断提高，激光测距测速机也朝着更远的探测距离，更高的测速要求方向发展，为此对激光测距测速机也有更高的要求。相干探测的灵敏度在一定条件下可接近探测器的量子噪声限，可以实现超远距离探测，有望将激光测距测速机的激光探测距离提高到百公里量级，同时实现高精度测速。
3.单频激光器是相干探测体制的核心器件，固体激光器可以获得窄线宽、大带宽的波长可调谐单频激光，而光纤放大器在维持种子源单频性能方面具有优势，本发明为高功率、窄线宽、大带宽的波长可调谐激光的获得提供了一种设计方法。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器。
6.技术方案
7.一种种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器，其特征在于包括种子源以及沿光路依次的光隔离器8、种子光耦合注入系统和光纤放大系统；上述种子源包括第一半导体激光器1、第一凸透镜2、第二凸透镜3、非平面环形器4、永磁铁5和二色镜7；第一半导体激光器1的激光通过第一凸透镜2和第二凸透镜3，45
°
入射非平面环形器4，反射后通过二色镜7后注入光隔离器8，其中非平面环形器4上设有永磁铁5；通过光隔离器8的激光通过由第三凸透镜9和非球面透镜10构成的种子光耦合注入系统后注入光纤放大系统；所述光纤放大系统包括两个相同的半导体激光器、泵浦合束器11、双包层掺镱光纤14和二色镜15；种子光耦合注入系统的激光注入泵浦合束器11的信号输入纤，两个半导体激光器分别于泵浦合束器11的泵浦输入纤相连接，泵浦合束器11的输出纤与双包层掺镱光纤14相连接，双包层掺镱光纤14的输出激光以45
°
入射到二色镜15，二色镜15透射后获得功率放大的单频激光。
8.所述非平面环形器4上设有温度控制装置6。
9.所述种子源以及沿光路依次的光隔离器8、种子光耦合注入系统和光纤放大系统输出功率放大的1031nm单频激光时，各器件参数组合为：945nm半导体激光器1、焦距150mm凸透镜2、焦距100mm凸透镜3、yb:yag非平面环形器4、945/1031nm二色镜7、1031nm光隔离器8、焦距50mm凸透镜9、焦距6mm非球面透镜10、泵浦合束器11、976nm半导体激光器12、976nm半导体激光器13、双包层掺镱光纤14和976/1031nm二色镜15。
10.所述1031nm单频激光的激光线宽≤20khz，波长调谐带宽为0.4nm。
11.所述种子光耦合效率≥60％。
12.所述光纤放大系统放大增益为21db。
13.有益效果
14.本发明提出的一种种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器，主要解决高功率单频激光器波长调谐带宽窄的问题。为了获得窄线宽、大带宽的可调谐单频种子光，种子源采用温度调谐的yb:yag非平面环形器；为了防止增益光纤反向自发辐射损坏种子源器件，种子源和光纤放大系统之间增加光隔离器；为了提高种子光到光纤放大系统的耦合效率，种子光耦合注入系统采用凸透镜和非球面透镜组合，将种子光注入泵浦合束器的信号输入纤；为了提高光纤放大系统的泵浦耦合效率,获得高功率输出，增益光纤采用双包层掺镱光纤。
15.本发明提供了一种固体单频激光进行光纤放大的设计方法。其中，为了获得窄线宽、大带宽的可调谐单频种子光，种子源采用中心波长945nm半导体激光器泵浦温度调谐的yb:yag非平面环形器；为了防止增益光纤反向自发辐射损坏种子源器件，种子源和光纤放大系统之间增加光隔离器；为了提高种子光到放大系统的耦合效率，种子光耦合注入系统采用凸透镜和非球面透镜组合，其中非球面透镜相对于普通透镜具有更高的数值孔径以及更强的聚光能力，是提高耦合效率的关键；为了提高泵浦耦合效率，增益光纤采用双包层掺镱光纤，能够将泵浦光耦合到模场直径比纤芯大很多的内包层中去，从而极大提高了光纤的泵浦耦合效率。
16.本发明所实现激光器可以稳定输出10w以上的1031nm连续单频激光，激光线宽≤20khz，波长调谐带宽为0.4nm；种子光耦合效率≥60％，光纤放大系统放大增益为21db。
附图说明
17.图1是本发明涉及的一种种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器的光路示意图，1,2,3,4,5,6,7组成种子源；9,10组成种子光耦合注入系统；11,12,13,14,15组成光纤放大系统。
18.图中：1-945nm半导体激光器；2-焦距150mm凸透镜，3-焦距100mm凸透镜；4-yb:yag非平面环形器；5-永磁铁；6-温度控制装置；7-945/1031nm二色镜；8-1031nm光隔离器；9-焦距50mm凸透镜；10-焦距6mm非球面透镜；11-泵浦合束器；12、13-976nm半导体激光器；14-双包层掺镱光纤；15-976/1031nm二色镜。
具体实施方式
19.现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
20.种子光空间耦合的波长可调谐单频光纤放大器方案如下：
21.单频光纤放大器由种子源、光隔离器、种子光耦合注入系统、光纤放大系统组成。
22.种子光由945nm半导体激光器泵浦yb:yag非平面环形器获得，泵浦光采用1.5:1耦合透镜组注入到yb:yag非平面环形器输入输出耦合面上，输出激光通过945/1031nm二色镜进行过滤。yb:yag非平面环形器由温度控制装置进行精确温度调控，实现波长可调谐1031nm单频激光输出。
23.采用光隔离器防止增益光纤反向自发辐射损坏种子源器件。
24.光纤放大系统由泵浦合束器、976nm半导体激光器、双包层掺镱光纤、976/1031nm
二色镜组成。
25.种子光耦合注入系统由一块凸透镜和一块非球面透镜组成，将种子光高效注入泵浦合束器的信号输入纤。
26.976nm半导体激光器的输出光纤与泵浦合束器的泵浦输入纤采用熔接的方式耦合，泵浦合束器的输出纤与掺镱光纤采用熔接的方式耦合。
27.采用976/1031nm二色镜将1031nm单频放大激光滤出。
28.安装实施步骤如下：
29.种子源系统实施步骤如下：
30.(1)安装yb:yag非平面环形器4和温度控制装置6，给温度控制装置6供电，实现对非平面环形器4的温控及温度调整；
31.(2)安装并调整945nm半导体激光器1的方位，安装焦距150mm凸透镜2、焦距100mm凸透镜3对945nm半导体激光器1输出的945nm泵浦光进行准直聚焦，使得泵浦光以45
°
入射角入射到yb:yag非平面环形器4输入输出耦合面上；
32.(3)在nd:yag非平面环形器处安装永磁铁5，给945nm半导体激光器1供电，即可输出1031nm单频激光；安装945/1031nm二色镜7并调整其方位，使得输出激光以45
°
入射到945/1031nm二色镜7，获得1031nm单频激光(即种子光)。
33.2，安装1031nm光隔离器8并调整其方位，使种子光垂直通过1031nm光隔离器8。
34.3，安装焦距50mm凸透镜9、焦距6mm非球面透镜10，对种子光激光进行准直聚焦；
35.4，安装泵浦合束器11，调整泵浦合束器11的信号输入纤的位置和方位，将种子光注入泵浦合束器11的信号输入纤。
36.5，将976nm半导体激光器12和13的输出光纤与泵浦合束器11的泵浦输入纤相熔接，将泵浦合束器11的输出纤与双包层掺镱光纤14相熔接，结合步骤4，实现信号光与泵浦光同时耦合进入双包层掺镱光纤14。
37.6，安装976/1031nm二色镜15并调整其方位，使得光纤放大系统输出激光以45
°
入射到976/1031nm二色镜15，最终获得功率放大的1031nm单频激光。