本發(fā)明涉及光纖激光放大技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種光纖激光放大器及減小其自發(fā)輻射的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在任何的激光放大器中，自發(fā)輻射都不可避免。自發(fā)輻射是各向性；雖然其中大部分會通過光纖側(cè)面發(fā)射出去，但仍有小部分在纖芯和包層中隨著信號光或者泵浦光，沿光纖雙向傳播，并且得到放大，被稱為放大的自發(fā)輻射。在高增益(40～50db)放大器中，放大自發(fā)輻射會極大地限制單級光纖放大器的增益峰值；從而，對于諸如超短脈沖光，要實現(xiàn)較高增益的放大，就得采用多級放大器，這既增加了放大系統(tǒng)的復(fù)雜程序，又可能在放大過程中引入其它的非線性效應(yīng)。在一些光纖激光器中，嚴重的放大自發(fā)輻射會導(dǎo)致增益飽和，會導(dǎo)致光脈沖形狀變形，甚至阻止特定波長的激光產(chǎn)生。即便放大自發(fā)輻射沒有強到影響信號光的的放大，因為其一般具有相對更寬的光譜，與信號一同傳輸，會顯著地降低信噪比。

放大自發(fā)輻射的強度主要由放大增益決定。為了減小放大自發(fā)輻射的影響，單級激光放大器的增益理論值就得小于40db(此時，放大自發(fā)輻射已在30db以上)——這嚴重制約了光纖激光放大器的發(fā)展。此外，光纖中傳輸波導(dǎo)的模式越多，放大自發(fā)輻射也更強；通常，大功率器件采用的多為多模光纖，因此也會產(chǎn)生更強的放大自發(fā)輻射。在準三能級系統(tǒng)中，較高的激發(fā)密度也導(dǎo)致放大自發(fā)輻射更強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種光纖激光放大器及減小其自發(fā)輻射的方法和系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中光纖激光放大器中自發(fā)輻射嚴重的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法，所述減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法包括：在制作激光放大器所使用的光纖時，根據(jù)所述激光放大器的特性參數(shù)確定所述激光放大器所需光纖的光纖長度，沿所述光纖的長度方向，增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而調(diào)整確定。

優(yōu)選地，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而突變。

優(yōu)選地，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的增加而逐漸 增加。

優(yōu)選地，所述光纖中作為所述激光放大器的信號光輸入端的一端所述增益光纖摻雜濃度最低。

優(yōu)選地，所述激光放大器的特性參數(shù)至少包括輸入信號光強度、放大倍數(shù)和設(shè)定增益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的系統(tǒng)，所述減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的系統(tǒng)包括：光纖長度確定模塊，用于在制作激光放大器所使用的光纖時，根據(jù)所述激光放大器的特性參數(shù)確定所述激光放大器所需光纖的光纖長度；摻雜濃度調(diào)整模塊，用于沿光纖的長度方向，隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而調(diào)整確定增益光纖摻雜濃度。

優(yōu)選地，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而突變。

優(yōu)選地，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的增加而逐漸增加。

優(yōu)選地，所述光纖中作為所述激光放大器的信號光輸入端的一端所述增益光纖摻雜濃度最低。

優(yōu)選地，所述激光放大器的特性參數(shù)至少包括輸入信號光強度、放大倍數(shù)和設(shè)定增益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種激光放大器，所述激光放大器中所使用的光纖為根據(jù)如上所述的減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法中所述的光纖。

如上所述，本發(fā)明的一種光纖激光放大器及減小其自發(fā)輻射的方法和系統(tǒng)，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明通過沿所述光纖的長度方向，增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而調(diào)整確定，能夠提高光纖放大器增益效率，減少激光放大過程中產(chǎn)生的放大自發(fā)輻射和非線性效應(yīng)。

2、本發(fā)明通過設(shè)計增益光纖摻雜濃度的變化，增加實用單級光纖放大器的增益極限，對任一放大器，可實現(xiàn)優(yōu)化增益光纖至長度較短，取代光纖激光器多級放大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高激光放大效率的目的。

3、本發(fā)明既提高了光纖對信號光與泵浦光吸收效率，又減少了放大自發(fā)輻射的產(chǎn)生，從而減短同比例放大所需增益光纖的長度，同時提高了超短脈沖激光的輸出功率，特別是脈沖峰值功率。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法的流程示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標號說明

1減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的系統(tǒng)

11光纖長度確定模塊

12摻雜濃度調(diào)整模塊

s11～s12步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

本實施例的目的在于提供一種光纖激光放大器及減小其自發(fā)輻射的方法和系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中光纖激光放大器中自發(fā)輻射嚴重的問題。以下將詳細闡述本實施例的一種光纖激光放大器及減小其自發(fā)輻射的方法和系統(tǒng)的原理及實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要創(chuàng)造性勞動即可理解本實施例的一種光纖激光放大器及減小其自發(fā)輻射的方法和系統(tǒng)。

本實施例提供一種減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法，具體地，如圖1所示，所述減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法包括以下步驟。

步驟s11，在制作激光放大器所使用的光纖時，根據(jù)所述激光放大器的特性參數(shù)確定所述激光放大器所需光纖的光纖長度。

具體地，于本實施例中，所述激光放大器的特性參數(shù)至少包括輸入信號光強度、放大倍數(shù)和設(shè)定增益。

更進一步地，于本實施例中，計算出激光放大器給定信號光、泵浦光以及要求增益下，非線性效應(yīng)將顯著加強的光纖長度，以該長度的十分之一作為放大器光纖的總長度。

步驟s12，沿所述光纖的長度方向，增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而調(diào)整確定。即以信號光傳播距離為變量，設(shè)計增益光纖摻雜濃度函數(shù)。

具體地，于本實施例中，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而突變。具體仿真如下：給定1w左右的13皮秒脈沖光，在低摻雜濃度5*10^25/m^3 的光纖放大器中，正向泵浦140w，在光纖長度略大于5米時，泵浦吸收較完全，放大后信號光功率略大于15w；同樣情況下，在高摻雜濃度1*10^26/m^3的光纖放大器中，光纖長度接近3米就可以達到泵浦吸收較完全、放大信號光至15w。對比地，將光纖放大器設(shè)計為一半長度為低摻雜濃度，一半為高摻雜濃度，所需的光纖長度變?yōu)?.8米，但是自相位調(diào)制等非線性效應(yīng)減少為全低摻雜濃度放大器的60％，產(chǎn)生的ase最大值減少為全高摻雜濃度放大器的50％。

或者于本實施例中，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的增加而逐漸增加。具體仿真如下：將光纖放大器設(shè)計為摻雜濃度線性地由低摻雜濃度均勻增加至高摻雜濃度，達到同樣放大效果所需的光纖長度約3.5米，自相位調(diào)制等非線性效應(yīng)相對突變設(shè)計的放大器略有5％的減少，而ase的最大功率則增加了8％。

更進一步地，于本實施例中，所述光纖中作為所述激光放大器的信號光輸入端的一端所述增益光纖摻雜濃度最低，由于信號光輸入端激發(fā)密度低從而減少自發(fā)輻射及其放大。隨著信號光逐漸被放大功率增大，增加增益光纖摻雜濃度度，從而泵浦光被吸引更充分轉(zhuǎn)化為信號光。因而于本實施例中，增益光纖的摻雜濃度不是固定值，而是根據(jù)放大器輸入信號光、泵浦光的強度及需要放大的倍數(shù)，計算出的以為光傳輸距離為變量的摻雜濃度函數(shù)。這樣既提高了光纖對信號光與泵浦光吸收效率，又減少了放大自發(fā)輻射的產(chǎn)生，從而減短同比例放大所需增益光纖的長度，同時提高了超短脈沖激光的輸出功率，特別是脈沖峰值功率。

為實現(xiàn)上述減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法，本實施例對應(yīng)提供一種減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的系統(tǒng)，具體地，如圖2所示，所述減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的系統(tǒng)包括：光纖長度確定模塊和摻雜濃度調(diào)整模塊。

于本實施例中，所述光纖長度確定模塊用于在制作激光放大器所使用的光纖時，根據(jù)所述激光放大器的特性參數(shù)確定所述激光放大器所需光纖的光纖長度。

具體地，于本實施例中，所述激光放大器的特性參數(shù)至少包括輸入信號光強度、放大倍數(shù)和設(shè)定增益。

更進一步地，于本實施例中，計算出激光放大器給定信號光、泵浦光以及要求增益下，非線性效應(yīng)將顯著加強的光纖長度，以該長度的十分之一作為放大器光纖的總長度。

于本實施例中，所述摻雜濃度調(diào)整模塊用于沿光纖的長度方向，隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而調(diào)整確定增益光纖摻雜濃度。即以信號光傳播距離為變量，設(shè)計增益光纖摻雜濃度函數(shù)。

具體地，于本實施例中，所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距 離的變化而突變或者所述增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的增加而逐漸增加。

更進一步地，于本實施例中，所述光纖中作為所述激光放大器的信號光輸入端的一端所述增益光纖摻雜濃度最低，由于信號光輸入端激發(fā)密度低從而減少自發(fā)輻射及其放大。隨著信號光逐漸被放大功率增大，增加增益光纖摻雜濃度度，從而泵浦光被吸引更充分轉(zhuǎn)化為信號光。因而于本實施例中，增益光纖的摻雜濃度不是固定值，而是根據(jù)放大器輸入信號光、泵浦光的強度及需要放大的倍數(shù)，計算出的以為光傳輸距離為變量的摻雜濃度函數(shù)。這樣既提高了光纖對信號光與泵浦光吸收效率，又減少了放大自發(fā)輻射的產(chǎn)生，從而減短同比例放大所需增益光纖的長度，同時提高了超短脈沖激光的輸出功率，特別是脈沖峰值功率。

此外，本實施例還提供一種激光放大器，所述激光放大器中所使用的光纖為根據(jù)如上所述的減小光纖激光放大器自發(fā)輻射的方法中所述的光纖。在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明通過沿所述光纖的長度方向，增益光纖摻雜濃度隨所述激光放大器的輸入信號光傳輸距離的變化而調(diào)整確定，能夠提高光纖放大器增益效率，減少激光放大過程中產(chǎn)生的放大自發(fā)輻射和非線性效應(yīng)；本發(fā)明通過設(shè)計增益光纖摻雜濃度的變化，增加實用單級光纖放大器的增益極限，對任一放大器，可實現(xiàn)優(yōu)化增益光纖至長度較短，取代光纖激光器多級放大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高激光放大效率的目的；本發(fā)明既提高了光纖對信號光與泵浦光吸收效率，又減少了放大自發(fā)輻射的產(chǎn)生，從而減短同比例放大所需增益光纖的長度，同時提高了超短脈沖激光的輸出功率，特別是脈沖峰值功率。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。