抑制掺铥光纤激光器的激光MOPA放大系统SBS效应的方法

抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法
技术领域
1.本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法。


背景技术：

2.掺铥光纤激光器能发射2000nm的激光，这个波长的激光由于处于中红外波段而具有广泛的应用市场。但是掺铥光纤激光器输出的激光功率较小，因此需要对掺铥光纤激光器发出的激光进行放大，提高激光的功率，得到大能量的激光，以满足激光应用的需求。
3.现在用于对掺铥光纤激光器的激光进行放大的最有效的放大系统，是基于mopa(master oscillator and power amplifier，主振荡和功率放大)结构的放大系统。如图1所示，现有的激光mopa放大系统分为两部分，一部分，是基于调制脉冲种子源的主振荡器(master oscillator)，其包括种子激光(seed laser)；另一部分，是功率放大器(power amplifier)，其包括掺铥光纤(thulium doped fiber，tdf)和二极管泵浦(ld pumping)，其中tdf同时作为增益介质，二极管泵浦分别设置于所述tdf的前向和后向，采用双向泵浦的方式；所述主振荡器和所述功率放大器之间通过光隔离器(optical isolator)进行隔离。激光mopa放大系统具有时间特性灵活、转换效率高等优点。
4.对于需要较高脉冲峰值功率的应用场景来说，掺铥光纤激光器是一种较为理想的光源。通过激光mopa放大系统，能极大提高激光的输出功率，但是激光mopa放大系统在提高激光输出功率的同时，也受到一些不利因素的限制，其中一个不利因素为受激布里渊散射(sbs)效应。sbs效应属于非线性效应，相比连续波光纤激光器，脉冲光纤激光器具有更高的峰值功率，因此其受非线性效应的影响也更为严重。
5.sbs效应将放大器中相当部分的信号光转变为后向传输的stokes光，后向传输的stokes光会在有源光纤中被放大，消耗反转粒子数，影响正向输出的转换效率，降低激光放大的效果，是阻碍激光放大的不利因素。同时，激光mopa放大系统也会对对反向光进行放大，进而可能对放大器前级的泵浦和种子激光造成损伤。因此，在激光放大过程中，如何抑制甚至消除sbs效应，就成为提高激光放大功率时必须考虑的一个重要问题。


技术实现要素：

6.为解决以上技术问题中的至少一个，本发明提供了一种抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法。
7.一种抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法，包括在主振荡器和功率放大器之间设置矩形光谱整形器，所述矩形光谱整形器被配置为将主振荡器发出的激光脉冲的高斯型光谱调整为矩形光谱后输出至功率放大器。
8.优选的是，所述矩形光谱整形器包括偶数个相位调制器，所述偶数个相位调制器串联设置于主振荡器和功率放大器之间。
9.上述任一方案优选的是，所述矩形光谱整形器还包括控制器，所述控制器被配置
为与偶数个相位调制器分别连接。
10.上述任一方案优选的是，所述控制器还被配置为产生连续正弦信号，以对偶数个相位调制器分别进行驱动控制，增强弱光谱线的强度，进而使得主振荡器发出的激光脉冲的高斯型光谱经过偶数个相位调制器后被调整为矩形光谱输出。
11.上述任一方案优选的是，所述矩形光谱整形器首先对种子激光进行调制，调制后的光谱经光谱仪查看符合矩形光谱要求后，再将矩形光谱整形器设置于主振荡器和功率放大器之间。
12.上述任一方案优选的是，所述矩形光谱整形器和所述主振荡器之间还设置有光隔离器。
13.上述任一方案优选的是，所述方法还包括采用后向泵浦方式。
14.上述任一方案优选的是，所述方法还包括采用掺杂密度较高的掺铥光纤。
15.相应的，本发明还提供一种抑制sbs效应的掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统，包括主振荡器和功率放大器，还包括矩形光谱整形器，所述矩形光谱整形器设置于所述主振荡器和所述功率放大器之间，被配置为将主振荡器发出的激光脉冲的高斯型光谱调整为矩形光谱后输出至功率放大器。
16.优选的是，所述矩形光谱整形器包括偶数个相位调制器，所述偶数个相位调制器串联设置于主振荡器和功率放大器之间。
17.上述任一方案优选的是，所述矩形光谱整形器还包括控制器，所述控制器被配置为与偶数个相位调制器分别连接。
18.上述任一方案优选的是，所述控制器还被配置为产生连续正弦信号，以对偶数个相位调制器分别进行驱动控制，增强弱光谱线的强度，进而使得主振荡器发出的激光脉冲的高斯型光谱经过偶数个相位调制器后被调整为矩形光谱输出。
19.上述任一方案优选的是，所述激光mopa放大系统还包括光隔离器，所述光隔离器设置于所述矩形光谱整形器和所述主振荡器之间。
20.上述任一方案优选的是，所述激光mopa放大系统还包括掺杂密度较高的掺铥光纤作为增益介质，所述掺铥光纤设置于所述矩形光谱整形器之后。
21.上述任一方案优选的是，所述激光mopa放大系统还包括二极管泵浦，所述二极管泵浦设置于所述增益介质之后，采用后向泵浦方式。
22.本发明的抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法具有以下有益效果：
23.1、通过设置矩形光谱整形器，首先将种子激光发出的高斯型光谱整形为矩形光谱，再进入功率放大器，可以有效抑制sbs效应；
24.2、采用后向泵浦的方式，减少抽运能量的浪费，提高了能量抽运效率，降低了sbs效应的影响；
25.3、采用掺杂密度较高的光纤，进而以更短的长度充分吸收抽运光，使得最佳光纤长度lout变小，减少信号光与stokes信号的相互作用长度，从而有效抑制sbs效应。
附图说明
26.图1为现有的激光mopa放大系统的结构示意图。
27.图2为与本发明的抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法相对应的激光mopa放大系统的一优选实施例的结构示意图。
28.图3为按照与本发明的抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法相对应的激光mopa放大系统的矩形光谱整形器的一优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
29.为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
30.实施例1
31.一种抑制掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统sbs效应的方法，包括在主振荡器和功率放大器之间设置矩形光谱整形器，所述矩形光谱整形器被配置为将主振荡器发出的激光脉冲的高斯型光谱调整为矩形光谱后输出至功率放大器。
32.在本实施例中优选的是，所述矩形光谱整形器包括偶数个相位调制器，所述偶数个相位调制器串联设置于主振荡器和功率放大器之间。所述矩形光谱整形器还包括控制器，所述控制器被配置为与偶数个相位调制器分别连接；所述控制器还被配置为产生连续正弦信号，以对偶数个相位调制器分别进行驱动控制，增强弱光谱线的强度，进而使得主振荡器发出的激光脉冲的高斯型光谱经过偶数个相位调制器后被调整为矩形光谱输出。
33.需要说明的是，通过将主振荡器发出的高斯型光谱整形为矩形光谱，可以拉宽频谱、降低光谱的最大峰值，降低光功率谱密度，进而使得光功率谱密度低于触发sbs效应的阈值，避免了sbs效应的触发。需要进一步说明的是，由于将高斯型光谱整形为矩形光谱，在激光信号经过功率放大器之后，在使用激光信号之前，可以通过另一整形设备将矩形光谱复原为高斯型光谱。
34.在本实施例中优选的是，所述矩形光谱整形器首先对种子激光进行调制，调制后的光谱经光谱仪查看符合矩形光谱要求后，再将矩形光谱整形器设置于主振荡器和功率放大器之间。
35.通过设置矩形光谱整形器，种子激光发出的高斯型光谱首先被整形为矩形光谱，然后再进入功率放大器，矩形光谱对sbs效应具有较强的抑制能力。
36.在本实施例中优选的是，所述矩形光谱整形器和所述主振荡器之间还设置有光隔离器，用于限制种子激光单向传播。
37.在本实施例中优选的是，所述方法还包括采用后向泵浦方式。前行泵浦方式下的信号光功率，几乎在整个光纤段上都会高于后向泵浦方式下的信号光功率，因此，前向泵浦方式会导致更多的信号光能量被转移到stokes波中，浪费了抽运能量，因此采用后向泵浦的方式，减少抽运能量的浪费，提高了能量抽运效率，降低了sbs效应的影响。
38.在本实施例中优选的是，所述方法还包括采用掺杂密度较高的掺铥光纤。采用掺杂密度较高的光纤，可以以更短的长度充分吸收抽运光，使得最佳光纤长度lout变小，减少信号光与stokes信号的相互作用长度，从而有效抑制sbs效应。需要说明的是，一般掺杂密度的标准为：粒子数处于10
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/m3量级，高于这个量级，即认为为高掺杂密度，但是请注意，这是一个相对范围，不是绝对标准。具体实施时，需要根据光纤的材料性质、纯度等因素综合考量。
39.实施例2
40.与实施例1相对应的，本发明还提供一种抑制sbs效应的掺铥光纤激光器的激光mopa放大系统，如图2所示，包括主振荡器10和功率放大器20，还包括矩形光谱整形器40，所述矩形光谱整形器40设置于所述主振荡器10和所述功率放大器20之间，被配置为将主振荡器10发出的激光脉冲的高斯型光谱调整为矩形光谱后输出至功率放大器20。
41.在本实施例中优选的是，所述矩形光谱整形器40包括偶数个相位调制器，所述偶数个相位调制器串联设置于主振荡器10和功率放大器20之间。
42.如图3所示，以所述矩形光谱整形器40包括二个相位调制器为例进行说明，其中一个相位调制器编号为401，另一个相位调制器编号为402。相位调制器401和相位调制器402串联连接后设置于主振荡器10和功率放大器20之间。所述矩形光谱整形器40还包括控制器403，所述控制器403被配置为与每个相位调制器分别连接；所述控制器403还被配置为产生连续正弦信号，以对每个相位调制器分别进行驱动控制，增强弱光谱线的强度，进而使得主振荡器10发出的激光脉冲的高斯型光谱经过偶数个相位调制器后被调整为矩形光谱输出。需要说明的是，由于主振荡器10发出的为高斯型光谱线，其中心强度最高，两侧对称下降，而一个相位调制器仅作用于一侧的光谱线，因此，需要成对设置相位调制器以对两侧的光谱线进行作用，将高斯型光谱线整形为矩形光谱线。由于相位调制器功能的限制，当一对相位调制器不能满足光谱线整形需求时，可以成对增加相位调制器。在将所述矩形光谱整形器40接入激光mopa放大系统中之前，首先所述矩形光谱整形器40首先对种子激光401进行调制，调制后的光谱经光谱仪查看符合矩形光谱要求后，再将矩形光谱整形器40设置于主振荡器10和功率放大器20之间。
43.在本实施例中优选的是，所述激光mopa放大系统还包括光隔离器30，所述光隔离器30设置于所述矩形光谱整形器40和所述主振荡器10之间。
44.在本实施例中优选的是，所述激光mopa放大系统还包括掺杂密度较高的掺铥光纤201作为增益介质，所述掺铥光纤201设置于所述矩形光谱整形器40之后。
45.在本实施例中优选的是，所述激光mopa放大系统还包括二极管泵浦202，所述二极管泵浦202设置于所述增益介质，即掺铥光纤201之后，采用后向泵浦方式。
46.需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应该理解：其可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。