基于同带泵浦腔的小信号激光高增益放大系统及方法

本发明涉及光纤激光，具体为一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统及方法。

背景技术：

1、高功率单频(或窄线宽)连续光纤激光器与高功率脉冲光纤激光器作为光纤激光器的两种重要类型，因具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑且易于散热等特点，在工业生产、科学研究以及国防科技中均具有重要的应用价值。连续光纤激光器广泛应用于雷达通信等领域，如遥感测距、空间通信、引力波探测以及高功率激光光谱组束等；高功率脉冲光纤激光器广泛应用于工业加工领域，如切割钻孔、打标清洗等。这两类光纤激光器一般均基于主振荡功率放大(master oscillator power amplifier，mopa)结构而设计，通过结合主振荡器和功率放大器来提供高功率的激光输出，其中主振荡器用于产生所需的信号激光种子源，然后经功率放大器将其功率提升至所需输出功率值。

2、目前单频(或窄线宽)连续信号激光种子源主要通过分布式反馈激光二极管(distributed feedback laser diode，dfb-ld)或者短腔光纤激光器直接产生单频(或窄线宽)连续信号激光；脉冲信号激光种子源则主要是由脉冲电流直接驱动激光二极管(ld)或者由低功率连续激光器通过光调制器(如声光调制器、电光调制器等)产生所需波形的脉冲信号激光。这些方法获得的信号激光种子源(平均)输出功率较小，通常只有微瓦-毫瓦量级。因此，如何将这些小信号激光安全且高效地放大到高功率水平(百瓦或千瓦以上)，即小信号激光高功率放大技术，目前仍然是高功率光纤激光领域的关键核心技术之一。

3、现阶段小信号激光高功率放大技术主要采用多级mopa级联方式实现，即首先将小信号激光依次经过若干级预放大器，然后注入到主放大器进行放大。现有这种级联放大技术存在明显不足：第一，系统过于庞杂导致技术复杂度高且成本昂贵；第二，存在较大的安全隐患，在高功率运转条件下，小信号激光种子源以及任意一级预放大器的偶然性故障将导致主放大器烧毁。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统及方法，实现小信号激光安全高效放大。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，包括激光种子源和信号激光放大组件，信号激光放大组件包括同带泵浦波长光纤振荡器以及信号激光主放大器；

4、所述激光种子源、同带泵浦波长光纤振荡器以及信号激光主放大器依次连接；

5、所述激光种子源，用于输出小于毫瓦量级的信号激光；

6、所述同带泵浦波长光纤振荡器，用于产生高功率同带泵浦激光，并对信号激光进行低噪声高增益预放大；

7、所述信号激光主放大器，用于通过纤芯同带泵浦效应使信号激光获得增益，从而对预放大信号激光进一步放大，形成高功率信号激光。

8、优选的，所述激光种子源为连续信号激光种子源或者脉冲信号激光种子源。

9、优选的，所述同带泵浦波长光纤振荡器包括泵浦源、泵浦耦合器、高反光栅、输出光栅和增益光纤；

10、所述泵浦源的输出端与泵浦耦合器的泵浦输入端连接，泵浦耦合器的输出端与高反光栅的输入端连接，高反光栅的输出端与第一增益光纤的输入端连接，第一增益光纤的输出端连接输出光栅。

11、优选的，所述信号激光主放大器包括增益光纤，增益光纤的输入端连接同带泵浦波长光纤振荡器的输出端，增益光纤的输出端连接输出端帽。

12、优选的，所述信号激光主放大器的增益光纤的输入端通过泵浦耦合器与同带泵浦波长光纤振荡器的输出端连接，泵浦耦合器的泵浦输入端连接泵浦源。

13、优选的，所述激光种子源与所述同带泵浦波长光纤振荡器之间设置有光纤隔离器。

14、优选的，所述同带泵浦波长光纤振荡器与所述信号激光主放大器之间设置有光纤隔离器。

15、优选的，所述信号激光放大组件的数量为多个，多个信号激光放大组件级联，首级信号激光放大组件的输入端连接激光种子源，末级信号激光放大组件的输出端连接输出端帽。

16、一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统的放大方法，包括以下步骤：

17、步骤1、激光种子源产生的信号激光并注入同带泵浦波长振荡器的高反端；

18、步骤2、同带泵浦波长光纤振荡器对信号激光提供增益并实现低噪声高增益预放大，同时同带泵浦波长光纤振荡器产生高功率同带泵浦激光；

19、步骤3、信号激光主放大器吸收同带泵浦激光并使预放大信号激光进一步获得增益，形成高功率信号激光。

20、一种激光装置，该激光装置中设置有权利要求1-8任一项所述基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

22、本发明提供的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，该系统的同带泵浦波长光纤振荡器具有双重功能：一是产生高功率同带泵浦激光，为后续基于纤芯同带泵浦作用放大信号激光提供泵浦能量，二是，在同带泵浦腔中放大小信号激光，可以有效抑制放大自发辐射噪声，从而可以实现注入的小信号激光的低噪声高增益预放大；该高增益高功率放大系统在mopa结构的基础上增加了一个同带泵浦波长光纤振荡器，制备方法简单且制备成本低廉，有效避免了现有多级mopa级联放大方式带来的技术复杂性，并且容易工程实施；另外，该放大系统具有较高的安全性，当小信号激光发生偶然性故障时，放大系统将自动切换为同带泵浦激光的输出系统结构，不会造成信号激光主放大器的烧毁。

技术特征：

1.一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，包括激光种子源和信号激光放大组件，信号激光放大组件包括同带泵浦波长光纤振荡器以及信号激光主放大器；

2.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述激光种子源为连续信号激光种子源或者脉冲信号激光种子源。

3.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述同带泵浦波长光纤振荡器包括泵浦源、泵浦耦合器、高反光栅、输出光栅和增益光纤；

4.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述信号激光主放大器包括增益光纤，增益光纤的输入端连接同带泵浦波长光纤振荡器的输出端，增益光纤的输出端连接输出端帽。

5.根据权利要求4所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述信号激光主放大器的增益光纤的输入端通过泵浦耦合器与同带泵浦波长光纤振荡器的输出端连接，泵浦耦合器的泵浦输入端连接泵浦源。

6.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述激光种子源与所述同带泵浦波长光纤振荡器之间设置有光纤隔离器。

7.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述同带泵浦波长光纤振荡器与所述信号激光主放大器之间设置有光纤隔离器。

8.根据权利要求1所述的一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统，其特征在于，所述信号激光放大组件的数量为多个，多个信号激光放大组件级联，首级信号激光放大组件的输入端连接激光种子源，末级信号激光放大组件的输出端连接输出端帽。

9.一种权利要求1-8任一项所述基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统的放大方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种激光装置，其特征在于，该激光装置中设置有权利要求1-8任一项所述基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统。

技术总结本发明公开了一种基于同带泵浦腔的小信号激光高增益高功率放大系统及方法，属于光纤激光技术领域，该放大系统包括依次连接的激光种子源、同带泵浦波长光纤振荡器以及信号激光主放大器；所述激光种子源，用于输出小于毫瓦量级的信号激光；所述同带泵浦波长光纤振荡器，用于产生高功率同带泵浦激光，并对信号激光进行低噪声高增益预放大；所述信号激光主放大器，用于通过纤芯同带泵浦效应使信号激光获得增益，从而对预放大的信号激光进一步放大，最终形成高功率信号激光。该高增益高功率放大系统是在MOPA结构的基础上增加了一个同带泵浦波长光纤振荡器，制备方法简单且成本低廉，有效避免了现有多级MOPA级联放大方式带来的技术复杂性，并且易于实施，具有较高的使用价值和推广价值。技术研发人员：高卫,范文慧,俱沛受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/18