掺镱拉曼放大器可以提升光纤激光器的功率

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  拉曼光纤激光器已可以达到非常高的功率程度。但是在拉曼光纤中,波分复用(WDM)组件普遍对泵浦和种子激光进行合束,从而使该组件成实现更加高功率的瓶颈。同样地,用在泵浦1178nm拉曼光纤放大器(倍频至589nm,用在自适应光学望远镜在上层大气中产生钠导星)的1120nm镱(Yb)光纤激光器,也深受放大自发辐射(ASE)和1060nm处寄生激光的影响,严重约束了1120nm光纤激光器的输出。

  为了解决这些问题,并设立高功率1120nm光纤激光源,中国科学院上海光机所(SIOM)的研讨人员已开发出了一种集成的掺镱拉曼光纤放大器(YRFA)结构,解决了拉曼光纤激光器和/或长波长掺镱光纤激光器的功率提升问题。放大器选用一段掺镱光纤、厥后跟从一段拉曼增益光纤的结构,两段光纤均选用双波长激光器作为种子源,以防止寄生激光和对波分复用组件的需求。

  多波长种子源

  YRFA包括一段4m长的掺镱增益光纤,乃至用作拉曼转换器的一段20m长的掺锗(Ge)光纤,种子源为1120nm的掺镱光纤激光器,同时也包括1070nm的光。该双波长发射器(1120nm和1070nm波长的功率程度可调)经过一个(6+1)×1的市售保偏合束器与六个976nm的激光二极管进行合束,随后直接与放大光纤熔接。

  合束器后的泵浦功率为390W(976nm);976nm二极管泵浦掺镱光纤段,以放大1070nm的光。在YRFA的输出端,上海光机所自主研发的包层模消除器去除残存的976nm泵浦光,输出光纤的8°切割角抑止了寄生振荡。

  对只掺镱的光纤放大器的摹拟说明:只选用1120nm的种子激光,产生的前向和背向ASE仅别离比1120nm激光输出低31dB和22dB。但是,当种子激光器的输出调剂为功率为38W的1120nm激光和2W的1070nm激光时,ASE被抑止到比信號低55dB和42dB的程度,这说明多波长种子激光可以有效地抑止ASE。

  在该集成的放大器装置中,镱光纤段基本上是作为掺锗光纤段的输入。对38W/2W(1120nm/1070nm)的双波长种子光,1070nm和1120nm的激光输入均在第一根2.7m的掺镱光纤中放大。以后,1070nm的信號达到最大值,并开始经过拉曼转换为1120nm。这种拉曼频移沿掺锗光纤的长度方向接续,在输出端,信號光近99%的1120nm光。在实验中,1120nm的光达到301W的功率程度,仅受限于泵浦功率。初始1120nm种子激光的线宽为1.6nm,因为光纤段内纵向模式的四波混频,在经过完全放大后线宽展宽到3.3nm。

  当前,掺镱光纤激光器可以产生千瓦乃至数十千瓦的衍射极限输出,普遍使用主振荡器功率放大器结构。经过利用双波长激光器代替主振荡器,乃至在功率放大器的结尾增加拉曼光纤段,YRFA实现了完整的结构;研讨人员以为实现高于千瓦级的拉曼光纤激光器是可能的。

  “现实上,咱们最近已得到了波长为1120nm的千瓦级拉曼光纤激光器,”上海光机所的激光技术研讨员冯衍说道,“咱们提出的激光器结构容许进一步提升拉曼光纤激光器的功率,而且因为拉曼光纤激光器的波长多样性,其几乎具备在1~2μm的任何波利益输出高功率激光的能力。”



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