本發(fā)明設(shè)計(jì)到光纖技術(shù)領(lǐng)域與激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到超窄線寬，人眼安全的光纖激光放大器和激光雷達(dá)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

主振蕩功率放大(MOPA)技術(shù)，就是采用性能優(yōu)良的小功率激光器作為種子源，種子激光注入單級(jí)或多級(jí)光纖放大器系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)高功率放大的技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，它的特點(diǎn)是輸出激光的光束質(zhì)量特性由種子源決定，而輸出激光功率則由放大器增益決定，因此易獲得光束質(zhì)量好，功率高的激光輸出。1.5um處的高功率單頻光纖激光器在多普勒激光雷達(dá)，光學(xué)遙感，相干通信，光束合成，光原子鐘等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

大多數(shù)報(bào)道的高功率單頻線偏振光纖激光器要么使用了空間光學(xué)元件形成諧振腔，要么采用了復(fù)雜的多級(jí)主振蕩放大(MOPA)結(jié)構(gòu)來(lái)得到高功率。然而，自由空間的諧振腔結(jié)構(gòu)不僅破壞了全光纖結(jié)構(gòu)而且需要精確的校準(zhǔn)，對(duì)使用環(huán)境要求高，輕微的震動(dòng)就會(huì)引起高的ASE噪聲，使得輸出光束的線寬很容易增加到MHz量級(jí)，消光比也會(huì)惡化；而采用多級(jí)MOPA結(jié)構(gòu)將一個(gè)微弱的種子源信號(hào)多級(jí)放大的方案，會(huì)增加激光器系統(tǒng)的復(fù)雜度，不僅增加成本而且很難保持高的消光比。因此在實(shí)際光纖激光系統(tǒng)中，單級(jí)的MOPA全光纖結(jié)構(gòu)對(duì)種子激光信號(hào)各種特性的高保證的放大，無(wú)疑是最佳的一個(gè)選擇。但是，kHz線寬的單頻激光在單級(jí)的信號(hào)放大過(guò)程中，會(huì)不可避免在放大過(guò)程中產(chǎn)生受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)，就需要抑制SBS效應(yīng)并且處理好整個(gè)光纖鏈路上產(chǎn)生的參與泵浦光，ASE光以及后向的SBS。但是，現(xiàn)有的技術(shù)不能有效地抑制SBS效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)高功率的單頻激光的輸出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種緊湊型的線偏振，單頻全光纖激光放大器，該光纖激光放大器由一個(gè)中心波長(zhǎng)在1550nm，線寬5kHz的線偏振種子源激光器，一個(gè)保偏的1064/1550nm的波分復(fù)用器，兩個(gè)保偏隔離器，1:99的Tap耦合器，一個(gè)保偏剝離器，一個(gè)(6+1)*1的保偏后向合束器，Er-Yb共摻的高吸收，大模場(chǎng)的增益光纖，多個(gè)鎖波長(zhǎng)975nm的LD激光器以及輸出端帽組成。通過(guò)采用了僅一級(jí)放大的后向泵浦結(jié)構(gòu)和特殊的光纖盤繞和壓緊方式，可以抑制SBS效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)20W以上高功率、人眼安全的線偏振，單頻激光輸出，而且結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，適合用于多普勒激光雷達(dá)測(cè)量和三維成像，相干通信，光原子鐘等多種應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種緊湊型的線偏振單頻全光纖激光放大器，其特征在于：包含一個(gè)中心波長(zhǎng)在1550nm，線寬5kHz的線偏振種子源激光器，輸出功率約為30mW，一個(gè)保偏的1064/1550nm的波分復(fù)用器，兩個(gè)保偏隔離器，1:99的Tap耦合器，一個(gè)保偏剝離器，一個(gè)(6+1)*1的保偏后向合束器，Er-Yb共摻的高吸收，大模場(chǎng)雙包層增益光纖，多個(gè)鎖波長(zhǎng)975nm的LD泵浦源以及輸出端帽組成。

上述種子源激光器通過(guò)一個(gè)1064/1550nm的波分復(fù)用器將1550nm的種子源信號(hào)耦合進(jìn)光路里，經(jīng)過(guò)一個(gè)保偏隔離器后進(jìn)入一個(gè)1:99的Tap耦合器，耦合器有四個(gè)端口，除了主光路上的輸入端和輸出端外，還分別有用于檢測(cè)后向散射光的端口和在線監(jiān)測(cè)前向輸出功率的端口，采用后向泵浦結(jié)構(gòu)，信號(hào)光在主放大級(jí)前端先是經(jīng)過(guò)一個(gè)保偏剝離器后正向進(jìn)入雙包層增益光纖，同時(shí)六個(gè)鎖波長(zhǎng)975nm的LD泵浦源輸出的泵浦光通過(guò)一個(gè)(6+1)×1的保偏后向合束器，反向進(jìn)入增益光纖里對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大，被放大后信號(hào)光從增益光纖輸出后經(jīng)過(guò)另一個(gè)保偏隔離器后再進(jìn)入一個(gè)1:99的Tap耦合器，最后輸出端是一個(gè)傾斜角6度的輸出端帽。

為了抑制SBS效應(yīng)，采用沙漏型的光纖盤纏繞雙包層增益光纖，結(jié)合與之配套的四個(gè)可調(diào)式的壓力夾持器，用于隨時(shí)在線調(diào)節(jié)施加在增益光纖上的應(yīng)力大小，與之配套相應(yīng)的可調(diào)式壓力夾持器。可調(diào)式壓力夾持器壓片前端配合有與光纖盤曲率半徑匹配的半圓形發(fā)熱電阻片，可貼附在光纖外，可在光纖盤高度方向上產(chǎn)生溫度梯度分布。光纖盤內(nèi)部設(shè)計(jì)有與光纖盤曲率半徑匹配的環(huán)形加熱電阻，可貼附在光纖盤內(nèi)壁上，可在光纖盤高度方向上產(chǎn)生溫度梯度分布。該光纖激光放大器采用的是一級(jí)MOPA放大的后向泵浦結(jié)構(gòu)，或采用二級(jí)或三級(jí)的MOPA放大結(jié)構(gòu)。

該光纖激光放大器采用(6+1)×1的保偏后向合束器實(shí)現(xiàn)后向泵浦；或采用(6+1)×1的保偏正向合束器進(jìn)行前向泵浦；或采用(6+1)×1的保偏正向合束器與(6+1)×1的保偏后向合束器兩種保偏合束器進(jìn)行雙向泵浦。

本發(fā)明提出了單級(jí)后向泵浦的MOPA結(jié)構(gòu)，可以提高SBS效應(yīng)的閾值，并且設(shè)計(jì)了一種沙漏型光纖盤并配置多個(gè)可調(diào)式壓力夾持器，用于隨時(shí)在線調(diào)節(jié)施加在增益光纖上的應(yīng)力大小，產(chǎn)生應(yīng)力梯度來(lái)抑制SBS，與錐形盤相比，應(yīng)力調(diào)節(jié)方式更為靈活多變，可以獲取高功率的窄線寬，高消光比的線偏振輸出光束。沙漏型光纖盤的優(yōu)點(diǎn)還包含當(dāng)采用雙包層大模場(chǎng)光纖時(shí)，可以通過(guò)盤繞曲率半徑的變化，優(yōu)化光束質(zhì)量?；诒痉桨搁_展了5kHZ線寬種子放大的實(shí)驗(yàn)研究，采用后向泵浦和雙向泵浦均可以實(shí)現(xiàn)輸出功率10W以上，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均為監(jiān)測(cè)到明顯的SBS后向回光。光束質(zhì)量接近基模，偏振消光比>20dB。

綜上所述，本發(fā)明具備高功率線寬窄、高消光比、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等顯著優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1.窄線寬單頻激光器結(jié)構(gòu)圖

圖2.漏斗形光纖盤結(jié)構(gòu)圖

圖3.可調(diào)式壓力夾持器示意圖

圖4.環(huán)形加熱電阻片結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1、超窄線寬光纖激光種子源；2、1064/1550nm PM WDM；3、保偏高功率隔離器；4、1：99保偏Tap耦合器；5、后向SBS監(jiān)測(cè)端口；6、前向輸出功率監(jiān)測(cè)端口；7、包層剝模器；8、大模場(chǎng)雙包層高增益的Er-Yb共摻光纖；9、(6+1)×1的保偏后向合束器；10、鎖波長(zhǎng)975nm LD組列；11、端帽；12、光纖輸入端；13、光纖輸出端；14、沙漏型光纖盤；15、可調(diào)彈性壓片；16配套光纖盤夾持器；17、環(huán)形加熱電阻片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1:

如圖1是單級(jí)后向泵浦的MOPA結(jié)構(gòu)，該方案采用一個(gè)5KHz的超窄線寬光纖激光器模塊作為種子源，進(jìn)行單級(jí)放大的后向泵浦MOPA結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先該種子源通過(guò)一個(gè)1064/1550nm的波分復(fù)用耦合器(WDM)將1550nm的種子源信號(hào)耦合進(jìn)光路里，經(jīng)過(guò)一個(gè)保偏高功率隔離器后進(jìn)入一個(gè)1:99的Tap耦合器，耦合器有四個(gè)端口，除了主光路上的輸入端和輸出端外，還分別有用于檢測(cè)后向散射光的端口和在線監(jiān)測(cè)前向輸出功率的端口。為了有效抑制SBS效應(yīng)，我們采用的是后向泵浦結(jié)構(gòu)，所以信號(hào)光在主放大級(jí)前端先是經(jīng)過(guò)一個(gè)包層模剝離器后正向進(jìn)入增益光纖里，同時(shí)六個(gè)鎖波長(zhǎng)975nm的LD泵浦源輸出的泵浦光通過(guò)一個(gè)反向保偏(6+1)×1光纖合束器，反向進(jìn)入增益光纖里對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大。被放大后信號(hào)光從增益光纖輸出后經(jīng)過(guò)一個(gè)高功率保偏隔離器后再進(jìn)入一個(gè)1:99的Tap耦合器，最后輸出端是一個(gè)傾斜角6度的輸出端帽。Tap耦合器的后向抽頭用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主放大級(jí)的反向SBS功率，一旦超過(guò)閾值，立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)切斷電源。整個(gè)激光系統(tǒng)采取自然空氣對(duì)流方式制冷，無(wú)需任何制冷裝置。

如圖2是沙漏型光纖盤結(jié)構(gòu)，主放大級(jí)的增益光纖盤繞在這個(gè)光纖盤上，并安裝上如圖3所示的楔狀的配套夾持器，用于固定光纖，同時(shí)夾持器上裝有多個(gè)可以手動(dòng)調(diào)節(jié)的彈性壓片，可以在線調(diào)節(jié)對(duì)盤繞在光纖盤上增益光纖的壓力，產(chǎn)生應(yīng)力梯度，從而起到抑制SBS的作用。方案中盤繞光纖的漏斗型光纖盤的束腰直徑為增益光纖對(duì)應(yīng)單模輸出的盤繞直徑。

單級(jí)放大的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在未采用應(yīng)力梯度SBS抑制的前提下，采用前向泵浦，SBS產(chǎn)生閾值約為4.3W，采用后向泵浦，SBS產(chǎn)生閾值提高到5W以上，當(dāng)施加應(yīng)力梯度抑制措施之后，最終輸出10W以上功率，Tap后向檢測(cè)端沒(méi)有檢測(cè)到明顯的后向反射光，未產(chǎn)生SBS效應(yīng)，使得其閾值提高到10W以上。

實(shí)施例2

方案中的放大級(jí)部分采用單級(jí)前向+后向(雙向)泵浦結(jié)構(gòu)。雙向泵浦結(jié)構(gòu)可以有效減少增益光纖的長(zhǎng)度，提高SBS的閾值，在放大過(guò)程中，12個(gè)鎖波長(zhǎng)975nm的LD泵浦源輸出的泵浦光通過(guò)一個(gè)(6+1)×1的保偏正向合束器和一個(gè)(6+1)×1的保偏后向合束器，分別進(jìn)入增益光纖里對(duì)信號(hào)光進(jìn)行放大。

實(shí)施例3

方案中壓力調(diào)節(jié)裝置的頂端增加環(huán)型的加熱電阻片，如圖3所示，電阻片頂在光纖上，在光纖不同高度位置上產(chǎn)生不同的溫度分布，在產(chǎn)生應(yīng)力梯度的同時(shí)產(chǎn)生溫度梯度，更好的抑制SBS效應(yīng)，提高SBS閾值，當(dāng)采用多級(jí)放大結(jié)構(gòu)時(shí)，使用應(yīng)力梯度與溫度梯度方式結(jié)合，獲得超過(guò)26W的功率輸出，提高SBS閾值到26W以上。

上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對(duì)其技術(shù)方案本身的單一限制條件。