【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光器领域，尤其涉及一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器。
技术介绍
1、利用光纤放大器对激光功率进行提升时，由于增益光纤纤芯中激光功率密度的不断升高，极易出现非线性效应[1,2]，对放大系统产生负面影响。光纤放大器中的非线性效应主要包括：受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制等，阻碍功率提升、展宽输出光谱，还存在损坏前级光纤系统的风险，因此需采取一定措施对其进行抑制。使用大模场阶跃型光纤可以降低纤芯功率密度，但是激光将处于少模运转状态，难以保证高光束质量。包层结构经过特殊设计的大模场微结构光纤，虽然支持激光单横模运转，但是光纤制备难度较大，并且大多无法盘绕，难以广泛应用。
2、除此之外，向增益光纤施加温度梯度或应力梯度，可以降低受激布里渊散射等非线性效应的有效增益系数，但是操控难度较大、成本较高，同时会缩短增益光纤使用寿命，增加激光系统的复杂程度。
3、因此，探索高效的、便于实施的方法以抑制光纤放大器中的非线性效应尤为关键。
4、参考文献
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
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，本专利技术突破了传统的非线性效应抑制方法的局限性，同时解决了常规阶跃型大模场有源光纤难以输出高光束质量激光这一技术难题；通过引入基于相位调制的光调制器，将单横模激光转换为相干多横模激光，不仅能够降低有源光纤中的激光强度以提高非线性阈值，相干的各激光模态在大模场增益光纤中经过高功率放大后还可被聚焦为高光束质量的激光光斑，详见下文描述：
2、一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，所述放大器包括：激光种子源、预放大级、光调制器、主放大级和聚焦透镜，
3、预放大级对激光种子源的光功率提升后，将基于相位调制的光调制器置于预放大级与主放大级之间，对预放大级输出的激光进行波前整形，单横模激光被转换为相干的多横模激光后，再耦合进入主放大级的大模场光纤中进行功率提升；
4、多横模激光注入光纤纤芯中，利用光调制器调控多横模激光的每个模态的相位，使得所有的模态在主放大级中大模场光纤的出射端的目标位置相遇且相位差为2kπ，k为整数，结合使用聚焦透镜获得高光束质量的聚焦光斑。
5、其中，所述主放大级包括：泵浦源、合束器、大模场增益光纤和包层光剥离器。
6、泵浦源为多模半导体激光器，包层光剥离器滤除光纤内包层中的剩余泵浦光，聚焦透镜对主放大级输出的多模激光进行聚焦以获得光纤激光输出。
7、其中，所述激光种子源输出单模激光，输出波长是从可见光至中红外波段范围内的任意波长，激光运转方式是连续运转、准连续运转或者脉冲运转。
8、其中，所述预放大级为一级或者多级的主振荡功率放大结构，用于放大种子光功率，并且输出单模光斑。
9、其中，所述光调制器将输入单模激光转换为相干多模激光，对各模态的相位进行主动调制，并将多模激光耦合至大模场光纤的纤芯中；
10、所述光调制器的输入端光纤芯径较小，能够传输单模激光，其模场与预放大级输出端光纤模场匹配；所述光调制器的输出端光纤芯径较大，能够传输多模激光，其模场与主放大级输入端光纤模场匹配。
11、其中，所述主放大级中的泵浦源是半导体激光器，光纤激光器或固体激光器，其激光模式是基横模，或多横模；所述泵浦源发射的泵浦光通过合束器耦合进入大模场有源光纤中；所述大模场有源光纤的吸收带、发射带分别与泵浦光波长、种子光波长相对应；所述大模场有源光纤吸收泵浦光，为种子光高功率放大提供增益。
12、本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
13、1、本专利技术提出的技术路线不仅降低了对高成本大模场单模有源光纤的需求，还避免了实验中有源光纤品质的下降(例如：借助外力改变有源光纤应力分布等虽可提高非线性阈值，但会缩短光纤使用寿命)；此外，通过优化施加在各激光模态的相位，还可在主放大级输出端的目标位置处获得高光束质量的聚焦光斑；
14、2、本专利技术通过在光纤放大系统中引入光调制器，实现了单横模激光向相干多横模激光的转换，既能提高光纤放大器中各种非线性效应的阈值，又能通过聚焦在放大器输出端获得高光束质量激光输出，巧妙的解决了传统方法中使用大模场光纤提升非线性阈值时容易引发的光束质量劣化的问题；
15、3、本专利技术所提出的技术方案拓宽了增益光纤的选取空间，在光纤尺寸方面，可以选择纤芯直径较大的甚至100μm以上的大模场增益光纤；在光纤材料方面，除了传统的石英玻璃，还可以选择稀土离子溶解度高的多组分玻璃，例如：硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和碲酸盐玻璃等；在光纤结构方面，无需使用成本较高、制备难度大的微结构光纤，使用常规的阶跃型光纤即可；
16、4、本专利技术所提出的技术方案可灵活实施，可根据放大器拟采用的大模场增益光纤的介质参数，对光调制器中每个调制单元拟施加的相位调制参数进行优化，使得输出的多模态的激光能被聚焦为高光束质量的光斑；
17、5、本专利技术提出的技术方案无需借助外力改变增益光纤的物理性质，避免了激光系统的复杂化，便于激光系统的小型化集成，拓宽了激光器的应用。
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1.一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述放大器包括：激光种子源、预放大级、光调制器、主放大级和聚焦透镜，
2.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述主放大级包括：泵浦源、合束器、大模场增益光纤和包层光剥离器，
3.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述激光种子源输出单模激光，输出波长是从可见光至中红外波段范围内的任意波长，激光运转方式是连续运转、准连续运转或者脉冲运转。
4.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述预放大级为一级或者多级的主振荡功率放大结构，用于放大种子光功率，并且输出单模光斑。
5.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述光调制器将输入单模激光转换为相干多模激光，对各模态的相位进行主动调制，并将多模激光耦合至大模场光纤的纤芯中；
6.根据权利要求2所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述主放大级中的泵浦源是半导体激光器，光纤激光
...【技术特征摘要】
1.一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述放大器包括：激光种子源、预放大级、光调制器、主放大级和聚焦透镜，
2.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述主放大级包括：泵浦源、合束器、大模场增益光纤和包层光剥离器，
3.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述激光种子源输出单模激光，输出波长是从可见光至中红外波段范围内的任意波长，激光运转方式是连续运转、准连续运转或者脉冲运转。
4.根据权利要求1所述的一种具有高非线性阈值的光纤激光放大器，其特征在于，所述预放大级为一级或者多级的主振荡功率放...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛泉，田浩，史伟，付士杰，房强，
申请(专利权)人：山东海富光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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