高增益全光纖激光放大器及高增益激光放大方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高增益全光纖激光放大器及高增益激光放大方法，其中高增益全光纖激光放大器用于對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行放大，包括泵浦源和激光介質(zhì)；泵浦源用于輸出與信號(hào)光同步且脈寬低于激光粒子的上能態(tài)壽命的泵浦激光脈沖，并用于在上一泵浦激光脈沖激勵(lì)的激光粒子消耗完畢后輸出下一泵浦激光脈沖。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明抑制了ASE的增長，實(shí)現(xiàn)了更高放大倍數(shù)并保持了較高的放大效率，從而降低了放大器的級(jí)數(shù)，進(jìn)而降低了非線性的積累、系統(tǒng)的復(fù)雜性以及激光器的成本。
【專利說明】高增益全光纖激光放大器及高增益激光放大方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可抑制ASE的增長，實(shí)現(xiàn)更高放大倍 數(shù)并保持較高的放大效率的高增益全光纖激光放大器及高增益激光放大方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)上光纖激光放大器屬于高增益放大器，早期許多文獻(xiàn)均報(bào)道了光纖激光器可 實(shí)現(xiàn)極高增益，可與固體激光器中的再生放大器或前級(jí)的指數(shù)放大（單級(jí)實(shí)現(xiàn)60dB甚至更 高）相比。然而，在實(shí)際的光纖激光放大器中，特別是在脈沖光纖激光放大器中，設(shè)計(jì)人員 非常小心地設(shè)計(jì)單級(jí)放大器的增益（通常為13_20dB)，為了實(shí)現(xiàn)高增益往往需要采用多級(jí) 放大器的放大鏈方案。
[0003] 這一普遍做法有其特定的理由，脈沖全光纖激光放大器中ASE和背景噪聲是最大 的限制之一。信號(hào)光和自發(fā)輻射在放大器中的競爭是個(gè)普遍問題，而這個(gè)問題在光纖放大 器中特別突出；更高的放大倍數(shù)意味著ASE的增長更快，更容易出現(xiàn)；因此要求控制單級(jí)放 大倍數(shù)，并在級(jí)間使用濾波器濾掉ASE成分。其次，對(duì)于放大器效率的考慮。基本的激光放 大理論中,放大倍數(shù)越高,可實(shí)現(xiàn)的光轉(zhuǎn)換效率就越低。有意識(shí)地控制單級(jí)放大器的放大倍 數(shù)也是為了實(shí)現(xiàn)每級(jí)放大器較高的放大效率。
[0004] 但多級(jí)的全光纖放大鏈會(huì)帶來許多問題。除了增加系統(tǒng)的復(fù)雜性、增加激光器的 成本、降低光纖激光器的穩(wěn)定性和可靠性之外，還會(huì)因?yàn)楣饫w元器件的增加而累積更多的 非線性，引起光譜變形、脈沖畸變，降低有效輸出甚至破壞器件，破壞激光器系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高增益全光纖激光放大器，以抑制了 ASE 的增長，實(shí)現(xiàn)更高放大倍數(shù)并保持較高的放大效率，減少放大器的級(jí)數(shù)，進(jìn)而降低非線性的 積累系統(tǒng)的復(fù)雜性以及激光器的成本。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種高增益全光纖激光放大器，用于對(duì)輸入 的信號(hào)光進(jìn)行放大，所述高增益全光纖激光放大器包括泵浦源和激光介質(zhì)；所述泵浦源用 于輸出與所述信號(hào)光同步且脈寬低于激勵(lì)所述激光介質(zhì)得到的激光粒子的上能態(tài)壽命的 泵浦激光脈沖，并用于在上一泵浦激光脈沖激勵(lì)的激光粒子消耗完畢后輸出下一泵浦激光 脈沖。
[0007] 優(yōu)選的，所述泵浦功率極高從而大大縮短了激光粒子的上能態(tài)壽命7 = 其中T21為自發(fā)輻射上能態(tài)壽命，所述Pp是以閾值泵浦功率Pth為單位歸一化的泵浦功率， 所述Pth是增益為零時(shí)的泵浦功率。這使得激光粒子可通過受激發(fā)射的形式被更快消耗，提 供更高增益；而且對(duì)上能態(tài)的補(bǔ)充更加充分迅捷。
[0008] 優(yōu)選的，所述信號(hào)光由種子激光器生成，所述泵浦源和所述種子激光器采用同步 的脈沖電流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0009] 優(yōu)選的，所述的高增益全光纖激光放大器為單模全光纖激光放大器。
[0010] 優(yōu)選的，所述的高增益全光纖激光放大器包括預(yù)放大器和主放大器兩級(jí)放大器； [0011] 所述預(yù)放大器的泵浦源為單模二極管激光器，所述主放大器的為多模單管半導(dǎo)體 激光器，且所述主放大器包括雙包層大模場光纖。
[0012] 優(yōu)選的，所述的高增益全光纖激光放大器也包括一級(jí)放大器。
[0013] 優(yōu)選的，所述泵浦源為大功率半導(dǎo)體激光器。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種高增益激光放大方法，包括：
[0015] 利用與信號(hào)光同步的泵浦激光脈沖對(duì)所述信號(hào)光進(jìn)行放大，所述泵浦激光脈沖的 脈寬低于激勵(lì)所述激光介質(zhì)得到的激光粒子的上能態(tài)壽命且在上一泵浦激光脈沖激勵(lì)的 激光粒子消耗完畢后輸出下一泵浦激光脈沖。
[0016] 優(yōu)選的,所述激光粒子的上能態(tài)壽希

【權(quán)利要求】
1. 一種高增益全光纖激光放大器，用于對(duì)輸入的信號(hào)光進(jìn)行放大，其特征在于，所述高 增益全光纖激光放大器包括泵浦源和激光介質(zhì)；所述泵浦源用于輸出與所述信號(hào)光同步且 脈寬低于激勵(lì)所述激光介質(zhì)得到的激光粒子的上能態(tài)壽命的泵浦激光脈沖，并用于在上一 泵浦激光脈沖激勵(lì)的激光粒子消耗完畢后輸出下一泵浦激光脈沖。
2. 如權(quán)利要求1所述的高增益全光纖激光放大器，其特征在于，所述激光粒子的上能 態(tài)壽命
，其中τ21為自發(fā)輻射上能態(tài)壽命，所述P p是以閾值泵浦功率Pth為單位歸 一化的泵浦功率，所述Pth是增益為零時(shí)的泵浦功率。
3. 如權(quán)利要求1所述的高增益全光纖激光放大器，其特征在于，所述信號(hào)光由種子激 光器生成，所述泵浦源和所述種子激光器采用同步的脈沖電流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的高增益全光纖激光放大器，其特征在于，所述的高增益全光纖 激光放大器為單模全光纖激光放大器。
5. 如權(quán)利要求3所述的高增益全光纖激光放大器，其特征在于，所述的高增益全光纖 激光放大器包括預(yù)放大器和主放大器兩級(jí)放大器； 所述預(yù)放大器的泵浦源為單模二極管激光器，所述主放大器的為多模單管半導(dǎo)體激光 器，且所述主放大器包括雙包層大模場光纖。
6. 如權(quán)利要求3所述的高增益全光纖激光放大器，其特征在于，所述的高增益全光纖 激光放大器包括一級(jí)放大器。
7. 如權(quán)利要求3所述的高增益全光纖激光放大器，其特征在于，所述泵浦源為大功率 半導(dǎo)體激光器。
8. -種高增益激光放大方法，其特征在于，所述方法包括： 利用與信號(hào)光同步的泵浦激光脈沖對(duì)所述信號(hào)光進(jìn)行放大，所述泵浦激光脈沖的脈寬 低于激勵(lì)所述激光介質(zhì)得到的激光粒子的上能態(tài)壽命且在上一泵浦激光脈沖激勵(lì)的激光 粒子消耗完畢后輸出下一泵浦激光脈沖。
9. 如權(quán)利要求8所述的高增益激光放大方法，其特征在于，所述激光粒子的上能態(tài)壽 命
'其中τ21為自發(fā)輻射上能態(tài)壽命，所述P p是以閾值泵浦功率Pth為單位歸一 化的泵浦功率，所述Pth是增益為零時(shí)的泵浦功率。
10. 如權(quán)利要求8所述的高增益激光放大方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用在權(quán)利要求 1-7任一項(xiàng)所述的高增益全光纖激光放大器中。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK104393473SQ201410412828
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】夏江帆, 趙青春, 陳建軍 申請(qǐng)人:廣東高聚激光有限公司, 蘇州華必大激光有限公司, 南京華爾達(dá)激光有限公司