【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光器領域，尤其涉及一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器。
技術介紹
1、利用光纖放大器對激光功率進行提升時，由于增益光纖纖芯中激光功率密度的不斷升高，極易出現非線性效應[1,2]，對放大系統產生負面影響。光纖放大器中的非線性效應主要包括：受激布里淵散射、受激拉曼散射、自相位調制等，阻礙功率提升、展寬輸出光譜，還存在損壞前級光纖系統的風險，因此需采取一定措施對其進行抑制。使用大模場階躍型光纖可以降低纖芯功率密度，但是激光將處于少模運轉狀態，難以保證高光束質量。包層結構經過特殊設計的大模場微結構光纖，雖然支持激光單橫模運轉，但是光纖制備難度較大，并且大多無法盤繞，難以廣泛應用。
2、除此之外，向增益光纖施加溫度梯度或應力梯度，可以降低受激布里淵散射等非線性效應的有效增益系數，但是操控難度較大、成本較高，同時會縮短增益光纖使用壽命，增加激光系統的復雜程度。
3、因此，探索高效的、便于實施的方法以抑制光纖放大器中的非線性效應尤為關鍵。
4、參考文獻
5、[1]c.shi,h.tian,s.fu,q.sheng,z.shi,p.jiang,w.shi,and?j.yao,“high-energy?single-frequency?pulsed?fiber?mopa?at?1064nm?based?on?a?hybrid?active-fiber,”opt.express30(9),15575-15582(2022).
6、[2]y.xu,q.sheng,p.wan
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，本專利技術突破了傳統的非線性效應抑制方法的局限性，同時解決了常規階躍型大模場有源光纖難以輸出高光束質量激光這一技術難題；通過引入基于相位調制的光調制器，將單橫模激光轉換為相干多橫模激光，不僅能夠降低有源光纖中的激光強度以提高非線性閾值，相干的各激光模態在大模場增益光纖中經過高功率放大后還可被聚焦為高光束質量的激光光斑，詳見下文描述：
2、一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，所述放大器包括：激光種子源、預放大級、光調制器、主放大級和聚焦透鏡，
3、預放大級對激光種子源的光功率提升后，將基于相位調制的光調制器置于預放大級與主放大級之間，對預放大級輸出的激光進行波前整形，單橫模激光被轉換為相干的多橫模激光后，再耦合進入主放大級的大模場光纖中進行功率提升；
4、多橫模激光注入光纖纖芯中，利用光調制器調控多橫模激光的每個模態的相位，使得所有的模態在主放大級中大模場光纖的出射端的目標位置相遇且相位差為2kπ，k為整數，結合使用聚焦透鏡獲得高光束質量的聚焦光斑。
5、其中，所述主放大級包括：泵浦源、合束器、大模場增益光纖和包層光剝離器。
6、泵浦源為多模半導體激光器，包層光剝離器濾除光纖內包層中的剩余泵浦光，聚焦透鏡對主放大級輸出的多模激光進行聚焦以獲得光纖激光輸出。
7、其中，所述激光種子源輸出單模激光，輸出波長是從可見光至中紅外波段范圍內的任意波長，激光運轉方式是連續運轉、準連續運轉或者脈沖運轉。
8、其中，所述預放大級為一級或者多級的主振蕩功率放大結構，用于放大種子光功率，并且輸出單模光斑。
9、其中，所述光調制器將輸入單模激光轉換為相干多模激光，對各模態的相位進行主動調制，并將多模激光耦合至大模場光纖的纖芯中；
10、所述光調制器的輸入端光纖芯徑較小，能夠傳輸單模激光，其模場與預放大級輸出端光纖模場匹配；所述光調制器的輸出端光纖芯徑較大，能夠傳輸多模激光，其模場與主放大級輸入端光纖模場匹配。
11、其中，所述主放大級中的泵浦源是半導體激光器，光纖激光器或固體激光器，其激光模式是基橫模，或多橫模；所述泵浦源發射的泵浦光通過合束器耦合進入大模場有源光纖中；所述大模場有源光纖的吸收帶、發射帶分別與泵浦光波長、種子光波長相對應；所述大模場有源光纖吸收泵浦光，為種子光高功率放大提供增益。
12、本專利技術提供的技術方案的有益效果是：
13、1、本專利技術提出的技術路線不僅降低了對高成本大模場單模有源光纖的需求，還避免了實驗中有源光纖品質的下降(例如：借助外力改變有源光纖應力分布等雖可提高非線性閾值，但會縮短光纖使用壽命)；此外，通過優化施加在各激光模態的相位，還可在主放大級輸出端的目標位置處獲得高光束質量的聚焦光斑；
14、2、本專利技術通過在光纖放大系統中引入光調制器，實現了單橫模激光向相干多橫模激光的轉換，既能提高光纖放大器中各種非線性效應的閾值，又能通過聚焦在放大器輸出端獲得高光束質量激光輸出，巧妙的解決了傳統方法中使用大模場光纖提升非線性閾值時容易引發的光束質量劣化的問題；
15、3、本專利技術所提出的技術方案拓寬了增益光纖的選取空間，在光纖尺寸方面，可以選擇纖芯直徑較大的甚至100μm以上的大模場增益光纖；在光纖材料方面，除了傳統的石英玻璃，還可以選擇稀土離子溶解度高的多組分玻璃，例如：硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃和碲酸鹽玻璃等；在光纖結構方面，無需使用成本較高、制備難度大的微結構光纖，使用常規的階躍型光纖即可；
16、4、本專利技術所提出的技術方案可靈活實施，可根據放大器擬采用的大模場增益光纖的介質參數，對光調制器中每個調制單元擬施加的相位調制參數進行優化，使得輸出的多模態的激光能被聚焦為高光束質量的光斑；
17、5、本專利技術提出的技術方案無需借助外力改變增益光纖的物理性質，避免了激光系統的復雜化，便于激光系統的小型化集成，拓寬了激光器的應用。
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1.一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述放大器包括：激光種子源、預放大級、光調制器、主放大級和聚焦透鏡，
2.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述主放大級包括：泵浦源、合束器、大模場增益光纖和包層光剝離器，
3.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述激光種子源輸出單模激光，輸出波長是從可見光至中紅外波段范圍內的任意波長，激光運轉方式是連續運轉、準連續運轉或者脈沖運轉。
4.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述預放大級為一級或者多級的主振蕩功率放大結構，用于放大種子光功率，并且輸出單模光斑。
5.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述光調制器將輸入單模激光轉換為相干多模激光，對各模態的相位進行主動調制，并將多模激光耦合至大模場光纖的纖芯中；
6.根據權利要求2所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述主放大級中的泵浦源是半導體激光器，光纖激光
...【技術特征摘要】
1.一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述放大器包括：激光種子源、預放大級、光調制器、主放大級和聚焦透鏡，
2.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述主放大級包括：泵浦源、合束器、大模場增益光纖和包層光剝離器，
3.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述激光種子源輸出單模激光，輸出波長是從可見光至中紅外波段范圍內的任意波長，激光運轉方式是連續運轉、準連續運轉或者脈沖運轉。
4.根據權利要求1所述的一種具有高非線性閾值的光纖激光放大器，其特征在于，所述預放大級為一級或者多級的主振蕩功率放...
【專利技術屬性】
技術研發人員：盛泉，田浩，史偉，付士杰，房強，
申請(專利權)人：山東海富光子科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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