一种光纤激光放大器的制作方法

本发明涉及光纤激光放大器领域，具体涉及一种基于手性耦合纤芯和泵浦-增益一体化技术的光纤激光放大器。

背景技术：

1、随着工业加工应用的不断普及，对光纤激光输出的激光功率、光束质量、拉曼抑制比等主要光学技术参数不断提出了更高的要求。为了获得满足要求的高功率光纤激光，主要需要解决高阶膜抑制、高功率泵浦功率注入能力和高效的热管理三项关键技术。目前，众多科研工作者开展了相关技术探索与研究，并衍生出具有大模场的低数值孔径(na)阶跃折射率型光纤(大模场双包层光纤)、光子晶体光纤、光子晶体棒状光纤、泄漏通道光子晶体光纤、大间距光子晶体纤等技术，这些技术得到了快速的发展。

2、其中，大模场低na阶跃折射率由于其为了只支持单模或少模激光传输，于是要求该类光纤na一般要求小于0.06，然而目前成熟的mcvd光纤预制棒制造技术较难实现对该较小数值孔径的精确控制，因此目前多包层大模场光纤数值孔径被限制在约为0.06，导致了大模场光纤为一般支持多模输出，在使用过程中，容易引起模式不稳定性，阻碍功率进一步提升。同时，具有低的数值孔径，导致其耐弯特性较差。因此，该种类特种光纤在使用过程中，光纤弯曲易导致其产生纤芯漏光，增加传输插入损耗。关于大模场光子晶体、光子晶体棒状、泄漏通道光子晶体、大间距光子晶体等光纤，其采用周期空气孔微结构来实现对纤芯na的精确控制，因此，其可同时具有大模场和低na的特性。虽然这些年该类光纤被广泛关注与研究，但是光子晶体因空气孔热塌缩效应一直存在与常规阶跃折射率型光纤熔接具有高插损的缺陷问题，导致其较难实现高功率光纤激光器相关器件一体化、小型化，因此，限制其被广泛使用。

3、综上，以上技术都存在一定的固有缺陷，导致其在工业激光器应用方面都存在一些技术问题，特别是在获得单纤超高功率(万瓦级)方面。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于泵浦-增益一体化和手性耦合纤芯技术的高功率光纤激光放大器，用以获得高功率、高光束质量、高拉曼抑制比的单纤激光输出。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种光纤激光放大器，所述光纤激光放大器包括信号源、泵浦源和增益光纤，所述信号源输出的信号光从所述增益光纤的输入端输入，在增益光纤中放大后从所述增益光纤的输出端输出；所述增益光纤包括有源纤、泵浦纤和涂覆层；所述有源纤包括主纤芯、侧纤芯和包层，所述侧纤芯以所述主纤芯为中心轴沿着所述主纤芯的轴向周期性地螺旋盘绕在所述主纤芯周围；所述泵浦源用于向所述泵浦纤注入泵浦光，所述泵浦纤与所述包层贴合；所述光纤激光放大器能够用于输出万瓦级别的激光。

3、优选地，所述主纤芯与侧纤芯的传输模式之间符合准相位匹配条件，所述准相位匹配条件为，其中，β1为所述侧纤芯内激光传播常数，β2为所述主纤芯内激光传播常数，r为所述侧纤芯和主纤芯的中心距离，∧为所述侧纤芯的轴向螺旋周期，l为所述主纤芯传输模式的角向阶数。

4、优选地，所述有源纤对振荡激光的透过率低于对拉曼激光的透过率。

5、优选地，所述有源纤为多模光纤。

6、优选地，所述泵浦纤的数量为多个，且每个泵浦纤与所述包层贴合。

7、优选地，所述泵浦源对所述泵浦纤进行双向注入泵浦光。

8、优选地，所述信号源为单模输出振荡器，所述单模输出振荡器的输出光纤与所述增益光纤通过模式匹配器进行低插损熔接。

9、优选地，所述主纤芯和侧纤芯为稀土掺杂纤芯，所述泵浦纤为无芯石英光纤；所述涂覆层的材料为丙烯酸树脂。

10、优选地，所述主纤芯的数值孔径为0.06，直径为35μm，归一化频率为6.1；所述侧纤芯的数值孔径为0.1，直径为17μm；所述包层的数值孔径为0.46，直径为400μm；所述主纤芯与所述侧纤芯之间的间距为4μm。

11、优选地，所述泵浦纤的数值孔径为0.46，直径为250μm。

12、本发明的有益效果在于：

13、采用泵浦-增益一体化和手性耦合纤芯两项光纤技术，相互配合使得本专利所对应的光纤能够实现单纤万瓦级别的功率输出。此外，实现了输出激光高阶模式滤除，用以提高输出激光的光束质量；实现拉曼波长激光的损耗，用以提高拉曼抑制比；以及实现高泵浦光注入能力。此外，该光纤还具有与常规阶跃折射率型光纤具有较高熔接兼容性，即匹配性良好，可实现低插损熔接，利于提高激光器光路结构安全系数。

技术特征：

1.一种光纤激光放大器，其特征在于，所述光纤激光放大器包括信号源、泵浦源和增益光纤，所述信号源输出的信号光从所述增益光纤的输入端输入，在增益光纤中放大后从所述增益光纤的输出端输出；所述增益光纤包括有源纤、泵浦纤和涂覆层；所述有源纤包括主纤芯、侧纤芯和包层，所述侧纤芯以所述主纤芯为中心轴沿着所述主纤芯的轴向周期性地螺旋盘绕在所述主纤芯周围；所述泵浦源用于向所述泵浦纤注入泵浦光，所述泵浦纤与所述包层贴合；所述光纤激光放大器能够用于输出万瓦级别的激光。

2.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述主纤芯与侧纤芯的传输模式之间符合准相位匹配条件，所述准相位匹配条件为其中，β1为所述侧纤芯内激光传播常数，β2为所述主纤芯内激光传播常数，r为所述侧纤芯和主纤芯的中心距离，∧为所述侧纤芯的轴向螺旋周期，l为所述主纤芯传输模式的角向阶数。

3.根据权利要求2所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述有源纤对振荡激光的透过率低于对拉曼激光的透过率。

4.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述有源纤为多模光纤。

5.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述泵浦纤的数量为多个，且每个泵浦纤与所述包层贴合。

6.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述泵浦源对所述泵浦纤进行双向注入泵浦光。

7.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述信号源为单模输出振荡器，所述单模输出振荡器的输出光纤与所述增益光纤通过模式匹配器进行低插损熔接。

8.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述主纤芯和侧纤芯为稀土掺杂纤芯，所述泵浦纤为无芯石英光纤；所述涂覆层的材料为丙烯酸树脂。

9.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述主纤芯的数值孔径为0.06，直径为35μm，归一化频率为6.1；所述侧纤芯的数值孔径为0.1，直径为17μm；所述包层的数值孔径为0.46，直径为400μm；所述主纤芯与所述侧纤芯之间的间距为4μm。

10.根据权利要求1所述的光纤激光放大器，其特征在于，所述泵浦纤的数值孔径为0.46，直径为250μm。

技术总结
本发明公开了一种光纤激光放大器，光纤激光放大器包括信号源、泵浦源和增益光纤，信号源输出的信号光从增益光纤的输入端输入，在增益光纤中放大后从增益光纤的输出端输出；增益光纤包括有源纤、泵浦纤和涂覆层；有源纤包括主纤芯、侧纤芯和包层，侧纤芯以主纤芯为中心轴沿着主纤芯的轴向周期性地螺旋盘绕在主纤芯周围；泵浦源用于向泵浦纤注入泵浦光，泵浦纤与包层贴合。该光纤激光放大器可实现输出激光高阶模式滤除，用以提高输出激光的光束质量；拉曼波长激光的损耗，用以提高拉曼抑制比；以及高泵浦光注入能力。

技术研发人员：王燕档,张先明,刘进辉,丁建武
受保护的技术使用者：光惠（上海）激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15