一种抑制拉曼的光纤激光器

本发明属于光纤激光器，更具体地，涉及一种抑制拉曼的光纤激光器。

背景技术：

1、高功率掺镱光纤激光器具有很多传统激光器无法比拟的优势，如更高的转换效率、更优良的散热性能、更优异的光束质量和更易于集成紧凑等优势。因此，近几十年来，其被广泛地应用于工业加工、生物医疗、3d打印和军事国防等领域。然而，其输出功率的进一步提升仍然受到多种因素的限制。近年来，横向模式不稳定效应逐渐成为商用光纤激光器输出功率受限的主要因素。对于商用光纤激光器，如基于常规20/400掺镱光纤的单正向976nm泵浦光纤激光器，其目前的受限因素主要为横向模式不稳定效应。因此，单正向976nm泵浦的20/400光纤激光器的输出功率目前受限在千瓦量级水平。通过一定的有源光纤优化，其最高的输出功率也被限制在两千瓦以内。

2、采用915nm泵浦源替代976nm泵浦源，将是缓解横向模式不稳定效应的有效措施。然而由于镱离子的吸收较低，将需要较长的光纤长度满足充足的吸收。这将会引发受激拉曼散射的提前出现，其不仅限制光纤激光器输出功率的提升，也会产生反向的斯托克斯光损坏系统的器件。抑制受激拉曼散射效应的最有效的措施主要为降低光纤的有效长度或提高光纤的模场面积，在光纤尺寸一定的情况下，只有尽可能地去降低光纤的使用长度，才能抑制拉曼。

3、目前，在光纤激光器领域，已经有公开基于伪放大结构的光纤激光器。例如，专利cn 216251600 u即是基于该理念的光纤激光器，伪放大的结构不仅光光转化效率可观，且结构较为简单，控制逻辑与抗反射回光能力强。进而，专利cn 218182700 u是基于伪放大结构并结合双端输出理念，实现了更高效的双端光纤激光输出。另外，目前在光纤激光器领域，也已经有公开基于泵浦回收理念的激光器结构，它们的目的均为提高激光器的输出激光效率。例如，实用新型专利cn 217239982 u提出了一种泵浦回收结构，其是在激光器输出端，采用一个可以准直泵浦光的准直器将剩余泵浦光进行准直输出，经过分光镜反射到耦合透镜，由耦合透镜把剩余泵浦光耦合回原激光器系统的另一端，而信号光可由分光镜透射到另一个可准直信号光的准直器中。该残余泵浦光回收再利用装置是能够实现泵浦的回收，提高能量利用率。但其弊端也很明显，即由于是采用激光器系统外部的空间结构，其对光路的调节精度要求很高，调节不当，极易导致激光的泄露和损失；常规的激光器系统输出端，只需要一个准直器即可，此专利为了实现泵浦回收的功能，又增加了准直器、分光镜和耦合透镜三个器件，无疑增加了成本；另外由于是空间结构，其大大降低了系统的可集成度和紧凑度。实用新型专利cn 203218701 u也公开了一种环形泵浦激光器，其也是一种激光腔外的泵浦回收装置，但其结构更为复杂，需要四片反射镜和两片耦合透镜等光学元件，因此也存在成本高、结构复杂和不利于全光纤化的缺点。而且，未涉及到受激拉曼散射效应的抑制。

4、现有技术中对于抑制受激拉曼散射效应的方式需要在现有激光器中增加构建伪放大结构和增加反向泵浦信号合束器从而降低光纤的有效长度，现有的激光器存在受激拉曼散射阈值较低，进而导致输出功率较低的问题。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种抑制拉曼的光纤激光器，旨在解决现有的激光器存在受激拉曼散射阈值较低，进而导致输出功率较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种抑制拉曼的光纤激光器，包括：泵浦合束器、伪放大级结构和泵浦回收器；

3、所述伪放大级结构包括：振荡腔和连接在所述振荡腔后的第一增益光纤，所述泵浦合束器输入的泵浦光经过所述振荡腔后产生的信号激光以及未被吸收的泵浦光输入到第一增益光纤；

4、所述泵浦回收器包括位于输入端的信号泵浦输入光纤，以及位于输出端的信号输出光纤和若干泵浦光纤，所述泵浦光纤两两相熔接，形成闭合的回路；

5、所述信号泵浦输入光纤将所述振荡腔中产生的信号激光和腔内未吸收的泵浦光输入到锥束；

6、所述泵浦光纤将所述锥束中的泵浦光回收，并重新注入回所述伪放大级结构中进行再次吸收，从而反向放大信号激光；

7、所述信号输出光纤将放大后的信号激光输出。

8、可选的，所述振荡器包括依次设置的高反射率光纤光栅、第二增益光纤和低反射率光纤光栅。

9、可选的，所述第一增益光纤和第二增益光纤为掺稀土粒子的大模场光纤，其纤芯和包层直径均与光纤激光器的无源器件相匹配。

10、可选的，所述高反射率光纤光栅和所述低反射率光纤光栅的纤芯和包层尺寸与第一增益光纤和第二增益光纤的尺寸均匹配；

11、所述高反射率光纤光栅和所述低反射率光纤光栅的中心波长范围为1000～1100nm，所述高反射率光纤光栅的反射率大于99％，所述低反射率光纤光栅的反射率范围为10％～20％。

12、可选的，所述光纤激光器还包括包层光滤除器；

13、所述包层光滤除器与所述泵浦回收器的信号输出光纤连接，用于滤除泄露到包层的剩余泵浦光和溢出到包层中的少量信号激光。

14、可选的，所述光纤激光器还包括光纤端帽；

15、所述光纤端帽与所述包层光滤除器连接并处于所述光纤激光器的最末端，用于将信号激光进行扩束输出。

16、可选的，所述泵浦合束器具有一个泵浦输出光纤和至少一个泵浦输入光纤。

17、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够实现如下有益效果：

18、1、本发明提供的抑制拉曼的光纤激光器，采用了泵浦回收再利用的理念和结构，当剩余泵浦光注入到该泵浦回收装置中时，可以通过该装置的泵浦光纤将其返回到伪放大级结构中，此部分的剩余泵浦光可以反向地放大信号激光；因此，相较于没有该泵浦回收装置的常规光纤振荡器，本发明中的抑制拉曼的光纤激光器能有效地缩短有源光纤的使用长度，提高受激拉曼散射阈值，提升激光器输出功率的作用，实现抑制拉曼效应的效果。

19、2、本发明提供的抑制拉曼的光纤激光器，相较于常规的光纤激光振荡器，其激光在伪放大级结构的输出端没有低反射率光纤光栅的反射损耗，能够保证较高的光光效率；同时，可以采用比常规光纤振荡器更少的增益光纤长度，从而能一定程度抑制受激拉曼散射效应。

技术特征：

1.一种抑制拉曼的光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦合束器、伪放大级结构和泵浦回收器；

2.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述振荡器包括依次设置的高反射率光纤光栅、第二增益光纤和低反射率光纤光栅。

3.如权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤和第二增益光纤为掺稀土粒子的大模场光纤，其纤芯和包层直径均与光纤激光器的无源器件相匹配。

4.如权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述高反射率光纤光栅和所述低反射率光纤光栅的纤芯和包层尺寸与第一增益光纤和第二增益光纤的尺寸均匹配；

5.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器还包括包层光滤除器；

6.如权利要求5所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器还包括光纤端帽；

7.如权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦合束器具有一个泵浦输出光纤和至少一个泵浦输入光纤。

技术总结
本发明公开了一种抑制拉曼的光纤激光器。其包括：泵浦合束器、伪放大级结构和泵浦回收器；伪放大级结构包括：振荡腔和连接在振荡腔后的第一增益光纤，泵浦合束器输入的泵浦光经过振荡腔后产生的信号激光以及未被吸收的泵浦光输入到第一增益光纤；泵浦回收器包括信号泵浦输入光纤、锥束、信号输出光纤和若干泵浦光纤，泵浦光纤两两相熔接，形成闭合的回路；信号泵浦输入光纤将振荡腔中产生的信号激光和腔内未吸收的泵浦光输入到锥束；泵浦光纤将锥束中的泵浦光回收，并重新注入回伪放大级结构中进行再次吸收，从而反向放大信号激光。实现有效地缩短有源光纤的使用长度，提高受激拉曼散射阈值，提升激光器输出功率的作用。

技术研发人员：李进延,张志伦,邢颍滨,戴能利,彭景刚,李海清
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15