專利名稱：雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光纖激光器，特別是一種雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多波長光纖激光器在光纖傳感、光譜分析以及密集波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中有著十分重要的作用。在先技術(shù)中，采用種子脈沖主振蕩放大技術(shù)，增益介質(zhì)為鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖，經(jīng)過兩級放大，包層泵浦的餌鐿共摻光纖放大器實現(xiàn)了1563nm波長處的87W的單頻放大激光輸出。參見在先技術(shù)[Electron.Lett.391717-1719，2003]，但光路較復(fù)雜，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，實現(xiàn)起來較困難。要提高脈沖光纖激光器或放大器的輸出功率，關(guān)鍵在于如何高效耦合抽運光及提高抽運功率。在先技術(shù)中，脈沖光纖激光器或放大器是通過聚焦使泵浦光進(jìn)入光纖的兩端，通過使用雙色片實現(xiàn)泵浦光和種子光進(jìn)入雙包層光纖，參見在先技術(shù)[Electron.Lett.351158-1160，1999]。由于一根光纖只有兩個端面，較大功率的半導(dǎo)體泵浦激光從端面進(jìn)入內(nèi)包層，容易造成端面的熱損傷，這就限制了進(jìn)入內(nèi)包層的泵浦光功率的增加，從而限制了光纖激光器輸出功率的進(jìn)一步提高。利用雙色片實現(xiàn)泵浦光和種子光的同時進(jìn)入，參見在先技術(shù)[CLEO2002，591-592]，對實現(xiàn)種子光高反和泵浦光高透的雙色片有很高要求，且必須同時實現(xiàn)種子光進(jìn)入纖芯和泵浦光進(jìn)入內(nèi)包層，技術(shù)難度較大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服在先技術(shù)的不足，提供一種雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，以提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、緊湊性和輸出功率，以獲得高能量、光束質(zhì)量好的雙波長脈沖激光輸出。
本實用新型的具體技術(shù)解決方案如下一種雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于包括一段鉺鐿共摻大模面積的雙包層光纖，該雙包層光纖輸出端面熔接一段磨拋成一定角度的空芯光纖的“光纖帽”，由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成的泵浦光源，該泵浦光源通過泵浦耦合器將泵浦光耦合進(jìn)所述的雙包層光纖輸入端的內(nèi)包層，兩垂直放置的第一種子光源和第二種子光源發(fā)出的種子光經(jīng)45°雙色片合成為一束，通過一光學(xué)耦合系統(tǒng)耦合入所述的雙包層光纖輸入端的纖芯，分別在所述的第一種子光源與所述的45°雙色片之間、第二種子光源與45°雙色片之間各放置一對應(yīng)波長的第一光隔離器和第二光隔離器。
所述的鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖的纖芯直徑＞10μm，數(shù)值孔徑為0.05～0.06。
所述的第一種子光源為調(diào)Q的Nd:YAG激光器，或是脈沖光纖激光器。所述的第二種子光源為調(diào)Q的摻餌脈沖光纖激光器。
所述的泵浦光源由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成，其波長與雙包層光纖纖芯材料的吸收波長相匹配。
所述的泵浦耦合器由多根獨立的多模光纖和1根單模光纖組成，其中多根獨立的多模光纖作為泵浦光纖，用于和多個激光二極管的尾纖熔接，所述的單模光纖用于種子光的注入。
所述的光學(xué)耦合系統(tǒng)是由球面透鏡組構(gòu)成的消色差的耦合系統(tǒng)，或是由非球面透鏡構(gòu)成的消色差的耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)對第一種子光和第二種子光的同時聚焦，并且對這兩個波長均鍍增透膜。
所述的45°雙色片是對第一種子光源發(fā)出的種子光高透，對第二種子光源發(fā)出的種子光高反的并與所述的種子光源發(fā)出的種子光束呈45°放置的雙色片。
本實用新型的技術(shù)效果本實用新型采用種子光脈沖的增益介質(zhì)采用鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖，僅需單級放大，就能夠?qū)崿F(xiàn)平均功率近百瓦、光束質(zhì)量好的雙波長脈沖激光輸出。
本實用新型采用多個激光二極管LD，通過泵浦耦合器對系統(tǒng)進(jìn)行耦合泵浦，光學(xué)元件大為減少，突破了傳統(tǒng)的端面耦合泵浦方式對泵浦光功率的限制，從而可以進(jìn)一步提高脈沖光纖激光系統(tǒng)的輸出功率。
此外，采用多個激光二極管作泵浦源，因此單個激光二極管無需半導(dǎo)體制冷，只需簡單風(fēng)冷即可，因此易于實現(xiàn)整機化，可制成體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊堅固、穩(wěn)定性能好的脈沖光纖激光系統(tǒng)。
本實用新型中的泵浦光經(jīng)泵浦耦合器，注入鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖的內(nèi)包層，垂直放置的兩個不同波長的種子源脈沖激光器發(fā)出的種子光經(jīng)光學(xué)耦合系統(tǒng)聚焦，注入雙包層光纖的纖芯，無需使用在先技術(shù)[CLEO2002，591-592]中的雙色片，技術(shù)上較容易實現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1為本實用新型的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
先請參閱圖1，圖1為本實用新型雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本實用新型雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其構(gòu)成包括一段鉺鐿共摻大模面積的雙包層光纖9，該雙包層光纖9輸出端面熔接一段磨拋成一定角度的空芯光纖的“光纖帽10”，由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成的泵浦光源7，該泵浦光源7通過泵浦耦合器8將泵浦光耦合進(jìn)所述的雙包層光纖9輸入端的內(nèi)包層，兩垂直放置的第一種子光源1和第二種子光源4發(fā)出的種子光經(jīng)45°雙色片5合成為一束，通過一光學(xué)耦合系統(tǒng)6耦合入所述的雙包層光纖9輸入端的纖芯，在所述的第一種子光源1與所述的45°雙色片5之間、第二種子光源4與45°雙色片5之間分別放置一對應(yīng)波長的第一光隔離器2和第二光隔離器3。
所說的鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖9的纖芯直徑＞10μm，數(shù)值孔徑為0.05～0.06。
所述的第一種子光源1為調(diào)Q的Nd:YAG激光器，或是脈沖光纖激光器。
所述的第二種子光源4為調(diào)Q的摻餌脈沖光纖激光器。
所述的泵浦光源7由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成，其波長與雙包層光纖9纖芯材料的吸收波長相匹配。
所述的泵浦耦合器8由多根獨立的多模光纖和1根單模光纖組成，其中多根獨立的多模光纖作為泵浦光纖，用于和多個激光二極管的尾纖熔接，所述的單模光纖用于種子光的注入。
所述的光學(xué)耦合系統(tǒng)6是由球面透鏡組構(gòu)成的消色差的耦合系統(tǒng)，或是由非球面透鏡構(gòu)成的消色差的耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)對第一種子光和第二種子光的同時聚焦，并且對這兩個波長均鍍增透膜。
所述的45°雙色片5是對第一種子光源1發(fā)出的種子光高透，對第二種子光源4發(fā)出的種子光高反的并與所述的種子光源發(fā)出的種子光束呈45°放置的雙色片。
在本實施例中，在雙包層光纖9輸出端的空芯光纖的光纖帽10后還有一直透鏡11，以獲得平行光輸出。
其工作過程如下垂直放置的兩個不同波長的第一種子光源脈沖激光器1和第二種子光源脈沖激光器4發(fā)出的種子光經(jīng)45°雙色片5合成為一束，通過光學(xué)耦合系統(tǒng)6耦合入放大光纖9的纖芯。其中為了保證信號光的單向通過，保護(hù)種子光源，分別在第一種子光源脈沖激光器1、第二種子光源脈沖激光器4與45°雙色片5之間各放置一對應(yīng)波長的第一光隔離器2和第二光隔離器3。最后，對放大激光通過準(zhǔn)直透鏡11準(zhǔn)直。采用該系統(tǒng)，就可得到高平均功率的雙波長脈沖輸出。
列舉一個具體實施例的物理參數(shù)如下如圖1所示，所述的第一種子光源1為調(diào)Q的Nd:YAG微片激光器，波長1064nm，重復(fù)頻率10～100kHz，平均功率可達(dá)1W。第二種子光源4為調(diào)Q的摻餌脈沖光纖激光器，波長1540nm，重復(fù)頻率10～100kHz，平均功率可達(dá)1W。45°雙色片5對1064nm的第一種子光源脈沖激光器1發(fā)出的種子光高透，對1540nm的第二種子光源脈沖激光器4發(fā)出的種子光高反。泵浦光源7由6個中心波長位于975nm的帶尾纖(200μm/0.22)的多模激光二極管組成，單個激光二極管的輸出功率為25W～30W，總的最大輸出功率為150～180W。泵浦耦合器8由6根獨立的多模光纖和1根單模光纖組成，多模光纖的數(shù)值孔徑均為0.22。6根多模光纖用于和6個激光二極管的尾纖熔接，1根單模光纖用于種子光的注入。鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖9的纖芯材料是摻雜Er3+離子和Yb3+離子的石英玻璃，在975nm波長處的小信號吸收為～2.5dB/m。鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖9長為4m，纖芯直徑24μm，數(shù)值孔徑0.20，內(nèi)包層為D形(400μm/360μm)，數(shù)值孔徑0.48。本實施例的高平均功率雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)能夠獲得高能量、光束質(zhì)量好的雙波長脈沖激光輸出，平均功率可達(dá)近百瓦。
綜上所述，本實用新型雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，與在先技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、泵浦均勻、泵浦效率較高的特點，能夠獲得高能量、光束質(zhì)量好的雙波長脈沖激光輸出。
權(quán)利要求1.一種雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于包括一段鉺鐿共摻大模面積的雙包層光纖(9)，該雙包層光纖(9)輸出端面熔接一段磨拋成一定角度的空芯光纖的光纖帽(10)，由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成的泵浦光源(7)，該泵浦光源(7)通過泵浦耦合器(8)將泵浦光耦合進(jìn)所述的雙包層光纖(9)輸入端的內(nèi)包層，兩垂直放置的第一種子光源(1)和第二種子光源(4)發(fā)出的種子光經(jīng)45°雙色片(5)合成為一束，通過一光學(xué)耦合系統(tǒng)(6)耦合入所述的雙包層光纖(9)輸入端的纖芯，分別在所述的第一種子光源(1)與所述的45°雙色片(5)之間、第二種子光源(4)與45°雙色片(5)之間各放置一對應(yīng)波長的第一光隔離器(2)和第二光隔離器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所說的鉺鐿共摻大模面積雙包層光纖(9)的纖芯直徑＞10μm，數(shù)值孔徑為0.05～0.06。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所述的第一種子光源(1)為調(diào)Q的Nd:YAG激光器，或是脈沖光纖激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所述的第二種子光源(4)為調(diào)Q的摻餌脈沖光纖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所述的泵浦光源(7)由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成，其波長與雙包層光纖(9)纖芯材料的吸收波長相匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所述的泵浦耦合器(8)由多根獨立的多模光纖和1根單模光纖組成，其中多根獨立的多模光纖作為泵浦光纖，用于和多個激光二極管的尾纖熔接，所述的單模光纖用于種子光的注入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)耦合系統(tǒng)(6)是由球面透鏡組構(gòu)成的消色差的耦合系統(tǒng)，或是由非球面透鏡構(gòu)成的消色差的耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)對第一種子光和第二種子光的同時聚焦，并且對這兩個波長均鍍增透膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特征在于所述的45°雙色片(5)是對第一種子光源(1)發(fā)出的種子光高透，對第二種子光源(4)發(fā)出的種子光高反的并與所述的種子光源發(fā)出的種子光束呈45°放置的雙色片。
專利摘要一種雙波長脈沖光纖激光系統(tǒng)，其特點是包括一段鉺鐿共摻大模面積的雙包層光纖，該雙包層光纖輸出端面熔接一段磨拋成一定角度的空芯光纖的光纖帽，由多個帶尾纖輸出的激光二極管組成的泵浦光源，該泵浦光源通過泵浦耦合器將泵浦光耦合進(jìn)所述的雙包層光纖輸入端的內(nèi)包層，兩垂直放置的第一種子光源和第二種子光源發(fā)出的種子光經(jīng)45°雙色片合成為一束，通過一光學(xué)耦合系統(tǒng)耦合入所述的雙包層光纖輸入端的纖芯，分別在所述的第一種子光源與所述的45°雙色片之間、第二種子光源與45°雙色片之間各放置一對應(yīng)波長的第一光隔離器和第二光隔離器。本實用新型具有系統(tǒng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、泵浦效率高的特點，能夠獲得高能量、光束質(zhì)量好的雙波長脈沖激光輸出。
文檔編號H01S3/23GK2899204SQ200620041589
公開日2007年5月9日 申請日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者樓祺洪, 張芳沛, 周軍, 何兵, 漆云鳳, 董景星, 魏運榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所