光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法技术方案

本发明专利技术提供一种光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，光纤激光放大器系统包括种子源以及光纤放大器，通过将倾斜光纤光栅接入光纤放大器中，利用倾斜光纤光栅在布里渊波段的高损耗性，对输入倾斜光纤光栅中的激光进行滤波，以抑制受激布里渊散射。倾斜光纤光栅其在布里渊波段具有高损耗性，对光纤激光放大器系统产生的后向的Stokes信号光具有较好的抑制效果，能够提升光纤激光放大器系统整体的SBS阈值，并使得由于高功率后向光对光纤激光放大器系统造成的风险大大减弱，改善光纤激光放大器系统的性能。

Stimulated Brillouin Scattering Suppression Method for Fiber Laser Amplifier System

The invention provides a method for suppressing stimulated Brillouin scattering in a fiber laser amplifier system. The fiber laser amplifier system includes a seed source and a fiber amplifier. By connecting the tilted fiber grating into the fiber amplifier, the laser in the input tilted fiber grating is filtered by using the high loss of the tilted fiber grating in the Brillouin band to suppress stimulated Brillouin scattering. \u3002 Tilt fiber grating has high loss in Brillouin band. It can suppress the backward Stokes signal light produced by the fiber laser amplifier system. It can improve the overall SBS threshold of the fiber laser amplifier system and greatly reduce the risk caused by high power backward light to the fiber laser amplifier system and improve the performance of the fiber laser amplifier system. \u3002

【技术实现步骤摘要】
光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法
本专利技术属于光纤激光器
，尤其涉及一种光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法。
技术介绍
光纤激光放大器具有效率高、光束质量好、体积小、免维护、低运行成本、高光束质量、运转寿命长、易于调制，结构紧凑等优点，在军事、工业等领域应用广泛。在引力波探测、非线性频率转换、光束合成等特殊应用领域，对光纤激光器的功率、线宽和偏振态都有特殊的要求。高功率窄线宽光纤激光放大器是满足这些特殊应用的有效光源。对于高功率窄线宽光纤激光放大器，由于光纤长度较长，光纤纤芯截面积较小，当传输功率达到一定水平后，很容易产生各类非线性效应。在各种非线性效应中，受激布里渊散射(SBS)的阈值最低，是目前窄线宽放大器功率提升的首要限制因素。受激布里渊散射(SBS)效应会在光纤激光放大器中产生高功率的后向Stokes光，导致光纤激光放大器输出效率下降，严重影响光纤激光放大器的正常工作，并且对前级器件造成损害。目前，已经有许多方法被提出以抑制受激布里渊散射(SBS)效应。目前应用比较多的主要有增大光纤有效模场面积、利用高掺杂或大模场光纤以减小光纤有效长度、相位调制展宽种子激光线宽和展宽布里渊增益谱抑制。其中，前两者受限于光纤的制作工艺，并且光纤模场面积较大会使得模式不稳定(MI)效应的阈值较低，不利于光纤激光放大器的稳定性和功率提升，应用仍十分有限。通过主动相位调制展宽种子激光线宽抑制受激布里渊散射(SBS)效应的方法,需要引入额外的电学调制器件，而且后续还需要进行线宽压窄，系统很复杂。通过施加温度、应力梯度展宽布里渊增益谱抑制受激布里渊散射(SBS)效应的方法，控制难度较大，而且很容易受外界因素的影响，系统也比较复杂。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是：光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，光纤激光放大器系统包括种子源以及光纤放大器，通过将倾斜光纤光栅接入光纤放大器中，利用倾斜光纤光栅在布里渊波段的高损耗性，对输入倾斜光纤光栅中的激光进行滤波，以抑制受激布里渊散射。倾斜光纤光栅其在布里渊波段具有高损耗性，对光纤激光放大器系统产生的后向的Stokes信号光具有较好的抑制效果，能够提升光纤激光放大器系统整体的SBS阈值，并使得由于高功率后向光对光纤激光放大器系统造成的风险大大减弱，改善光纤激光放大器系统的性能。本专利技术中：种子源包括泵浦LD光源、泵浦合束器、高反光栅、掺杂光纤、低反光栅，泵浦LD光源有多个，各泵浦LD光源的输出尾纤连接到泵浦合束器的各泵浦臂上，泵浦合束器的输出尾纤之后依次连接高反光栅、掺杂光栅以及低反光栅，泵浦合束器的输出尾纤与高反光栅之间、高反光栅与掺杂光栅之间以及掺杂光纤与低反光栅之间均通过熔接的方式进行连接。高反光栅的反射率通常大于99％，3dB带宽通常为2-4nm。低反光栅的反射率通常不大于10％，3dB带宽通常不大于1nm。低反光栅其中心波长与高反光栅的中心波长相同或者不大于高反光栅的中心波长±0.4nm。种子源的输出激光中包含信号光与Stokes信号光两种成分。所述光纤放大器包括信号泵浦合束器和掺杂光纤，在信号泵浦合束器和掺杂光纤之间接入倾斜光纤光栅。所述倾斜光纤光栅其两端通过熔接的方式分别与信号泵浦合束器的输出尾纤以及掺杂光纤的输入端连接。或者所述倾斜光纤光栅直接制备在掺杂光纤上，即在掺杂光纤光纤上刻写倾斜光纤光栅，刻写有倾斜光纤光栅的掺杂光纤与信号泵浦合束器的输出尾纤连接。进一步地，所述光纤放大器包括n级光纤放大器，n≥1。在各级光纤放大器中的信号泵浦合束器和掺杂光纤之间均接入倾斜光纤光栅，利用倾斜光纤光栅其在布里渊波段的高损耗性，对输入各级光纤放大器其倾斜光纤光栅中的激光进行滤波，以抑制受激布里渊散射效应，提升各级光纤放大器的工作效率，同时能够起到一定的级间隔离作用，对后向Stokes信号光具有较强的衰减作用。同时，为了进一步减小熔接损耗，在各级光纤放大器中，可以将倾斜光纤光栅直接制备在掺杂光纤上以进一步提升各级光纤放大器性能。为进一步提高抑制效果，在各级光纤放大器中，可通过增加倾斜光纤光栅数目的方式，来进一步提高抑制比。即将多个参数相同的倾斜光纤光栅通过熔接的方式彼此串联在一起后接入各级光纤放大器中的信号泵浦合束器和掺杂光纤之间。通过对倾斜光纤光栅数目的控制，可以做到对抑制比的灵活调整。倾斜光纤光栅是在纤芯中沿光纤轴向呈现周期性的折射率调制，但是其光栅平面与光纤的切向呈一定倾角。由于倾斜角度的存在，除了存在前向与后向传输的纤芯模间的耦合外，还存在前向传输的纤芯模与后向传输的包层模或辐射模(假设包层直径无限大的情况下)间的耦合。在倾斜光纤光栅的透射光谱中短波区域会出现许多分立的谐振峰。这些分立的谐振峰带宽均在0.2nm量级，可将其作为光纤光栅极窄带滤波器使用。这样可以将特定波长的纤芯光滤除到包层中去。通常，影响倾斜光纤光栅透射谱特性的因素有光栅周期、倾斜角度、调制深度等，通过对这些因素的选取平衡，可以对其谐振峰波长范围进行调节，并将其作为光纤光栅滤波器使用。类比于Bragg光纤光栅的谐振条件，对于普通的Bragg光纤光栅，满足Bragg衍射条件的谐振波长可以表示为：其中是纤芯模的有效折射率，Λg是光栅周期。可以看出光栅周期决定光栅中心波长。对于倾斜光纤光栅，其Bragg谐振波长表达式为：式中，θ为倾斜光纤光栅倾斜角度。由于倾角的存在，其布拉格谐振波长会发生改变，同时会有部分前向传输的纤芯模耦合到反向传输的包层模中，其谐振波长可表达为:其中是第i阶包层模的有效折射率。光栅周期决定光栅中心波长。目前，对于光纤振荡器常用工作波长1、1.5、2微米，均可通过对光栅周期的调整以实现倾斜光纤光栅工作波长的覆盖。随着倾斜角度的增大，会出现更多的高阶包层模谐振，光谱上表现为谐振包络整体向短波方向移动，而且带宽随之加宽，但是透射谱的深度变浅。倾斜光纤光栅的调制深度直接决定了透射峰的深度，透射峰的深度是滤除布里渊Stokes信号光的重要指标。倾斜光纤光栅的调制深度越强，透射峰深度越深，意味着对布里渊Stokes信号光的滤除效果越好。倾斜光纤光栅可以达到的最大调制深度主要取决于刻写倾斜光纤光栅所采用的光纤的光敏量，光纤的光敏量越大，其刻写倾斜光纤光栅所能达到的最大调制深度越大。虽然光纤本身具有光敏性，仍然需要通过载氢的方式可以进一步增强其光敏性，其载氢时间因光纤具体类型而异。对于大芯径大模场光纤，常为8周。因此可以根据实际需要达到的滤除效果，对待刻写倾斜光纤光栅的光纤选择合适的载氢时间。但是，过大的倾斜角度会使倾斜光纤光栅刻写的难度增加，因此要根据所需的工作波长合理选择倾斜角度，以达到最佳的滤除效果。通常，SBS效应发生时，其光谱上Stokes信号光与信号光的间隔在0.08nm量级，可根据此对倾斜光纤光栅的参数进行计算。通常，对于倾斜光纤光栅，考虑到倾斜后其有效折射率可取1.443，根据波长与周期的对应关系λ＝2neffΛ，可计算倾斜光纤光栅其光栅周期。对于倾斜光纤光栅的倾斜角度，考虑到波长间隔、刻写难易程度等各种因素，一般取4-6°之间；具体取值应根据实际刻写制作出的倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，光纤激光放大器系统包括种子源以及光纤放大器，通过将倾斜光纤光栅接入光纤放大器中，利用倾斜光纤光栅在布里渊波段的高损耗性，对输入倾斜光纤光栅中的激光进行滤波，以抑制受激布里渊散射。

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，光纤激光放大器系统包括种子源以及光纤放大器，通过将倾斜光纤光栅接入光纤放大器中，利用倾斜光纤光栅在布里渊波段的高损耗性，对输入倾斜光纤光栅中的激光进行滤波，以抑制受激布里渊散射。2.根据权利要求1所述的光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，所述光纤放大器包括信号泵浦合束器和掺杂光纤，在信号泵浦合束器和掺杂光纤之间接入倾斜光纤光栅。3.根据权利要求2所述的光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，所述倾斜光纤光栅其两端通过熔接的方式分别与信号泵浦合束器的输出尾纤以及掺杂光纤的输入端连接。4.根据权利要求2所述的光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，所述倾斜光纤光栅直接制备在掺杂光纤上即在掺杂光纤光纤上刻写倾斜光纤光栅，刻写有倾斜光纤光栅的掺杂光纤与信号泵浦合束器的输出尾纤连接。5.根据权利要求2所述的光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，所述光纤放大器包括n级光纤放大器，n≥1；在各级光纤放大器中的信号泵浦合束器和掺杂光纤之间均接入倾斜光纤光栅。6.根据权利要求5所述的光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，在各级光纤放大器中，将多个参数相同的倾斜光纤光栅通过熔接的方式彼此串联在一起后接入各级光纤放大器中的信号泵浦合束器和掺杂光纤之间，通过调整倾斜光纤光栅数目的方式实现抑制比的调整。7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的光纤激光放大器系统受激布里渊散射抑制方法，其特征在于，种子源包括泵浦LD光源、泵浦合束器、高反光栅、掺杂光纤、低反光栅，泵浦LD光源有多个，各泵浦LD光源的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽锋，王蒙，田鑫，王鹏睿，胡琪浩，奚小明，陈子伦，王小林，许晓军，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43