一种基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器，包括种子光源部分、三级放大部分和组束部分；其中种子光源部分包括第一泵浦源、第一波分复用器、第一铒/镱共掺光纤、第一耦合器、全光纤隔离器、第二耦合器、光纤光栅、光纤法布里波罗标准具；三级放大部分包括第二泵浦源、第三泵浦源、第四泵浦源、第二波分复用器、第三波分复用器、第四波分复用器、第二铒/镱共掺光纤、第三铒/镱共掺光纤、第四铒/镱共掺光纤、第三耦合器、第四耦合器、第五耦合器、第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、第一相位调制器、第二相位调制器、第三相位调制器；组束部分包括第一单模光纤、第二单模光纤、第三单模光纤、组束装置，连接成至少三级放大结构。适用于激光武器、空间光通信、激光加工、遥感、激光雷达等要求激光输出功率高且光束质量好的领域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本 技术涉及激光器领域，尤其涉及一种基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器。
技术介绍
高功率激光器的产生和发展大大推动了工业生产和国防建设，尤其是固体激光器以其结构紧凑、能量转换效率高的优势发展迅猛，其中光纤激光器成为后起之秀。由于光纤激光器结构上的特点，使得其光束质量要远远高于其它激光器，但大功率方面略显不足。随着技术的进步，光纤激光器在高功率的研制进程中不断有新的方法提出。首先，基于包层抽运技术的光纤激光器以其光束质量好、转换效率高以及结构紧凑等特点吸引了人们的广泛关注。2004年光纤激光器的单纤输出功率达到千瓦量级，2009年IPG公司报道已实现了单纤万瓦的单模激光输出。但随着功率的增加，SBS、SRS和FWM等各种非线性效应使得光束质量严重降低，并且成为进一步增加激光功率的巨大障碍。大模场面积光纤的提出成为一种可行的方法，在保持光功率密度不变的情况下，增大光纤半径可以有效增加光纤所能承载的光功率，为大功率光纤激光器的制备提供了必要的前提。但由于光纤半径增加幅度有限，过大的光纤半径使得模场变的复杂，光束质量得不到保证，因此该方法能够解决的问题受到光纤尺寸的限制。主控振荡器的功率放大器，可以有效增加激光器功率，而且输出激光的质量很高，但同样受到单根光纤光功率承载能力的限制。目前，多路光纤激光的组束成为一种实现大功率激光输出的更为有效的方法。为了在增加输出功率的同时最大程度地保证输出激光的光束质量，可以通过调整各路激光的偏振态和相位使各路输出激光的偏振态相同、相位同步，组束效率和激光稳定性都很高。但目前已有的激光相干方案中输出光谱较宽，结构复杂，稳定性差。
技术实现思路
本技术解决的技术问题在于提供一种基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器，此激光器具有结构简单、稳定性高、高功率、窄线宽输出等优点。为了解决以上问题，本技术提供了一种基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器，包括种子光源部分、三级放大部分和组束部分；其中种子光源部分包括第一泵浦源101、第一波分复用器102、第一铒/镱共掺光纤103、第一稱合器104、全光纤隔离器105、第二耦合器106、光纤光栅107、光纤法布里波罗标准具108 ;三级放大部分包括第二泵浦源201、第三泵浦源202、第四泵浦源203、第二波分复用器204、第三波分复用器205、第四波分复用器206、第二铒/镱共掺光纤207、第三铒/镱共掺光纤208、第四铒/镱共掺光纤209、第三耦合器210、第四耦合器211、第五耦合器212、第一滤波器213、第二滤波器214、第三滤波器215、第一偏振控制器216、第二偏振控制器217、第三偏振控制器218、第一相位调制器219、第二相位调制器220、第三相位调制器221 ;组束部分包括第一单模光纤301、第二单模光纤302、第三单模光纤303、组束装置304,其中第一泵浦源101的输出端接第一波分复用器102的1021端口，第一波分复用器102的1023端口接第一铒/镱共掺光纤103的一端，第一铒/镱共掺光纤103的另一端接第一稱合器104的1042端口，第一稱合器104的1041端口和1044端口接起来构成次环形腔，第一耦合器104的1043端口接全光纤隔离器105的输入端,全光纤隔离器105的输出端接第二稱合器106的1061端口，第二稱合器106的1063端口接光纤光栅107的一端,光纤光栅107的另一端不作处理,第二稱合器106的1062端口接光纤法布里波罗标准具108的一端，光纤法布里波罗标准具108的另一端接第一波分复用器102的1022端口，构成主环形腔；第二耦合器106的1064端口接第二波分复用器204的2042端口，第二波分复用器204的2041端口接第二泵浦源201的输出端，第二波分复用器204的2043端口接第二铒/镱共掺光纤207的一端，第二铒/镱共掺光纤207的另一端接第三耦合器210的2102端口，第三耦合器210的2103端口接第三波分复用器205的2052端口，第三耦合器210的2104端口接第一滤波器213的一端，第一滤波器213的另一端接第一偏振控制器216的一端,第一偏振控制器216的另一端接第一相位调制器 219的一端，第一相位调制器219的另一端接第一单模光纤301的一端，第一单模光纤301的另一端装在组束装置304上；第三波分复用器205的2051端口接第三泵浦源202的输出端，第三波分复用器205的2053端口接第三铒/镱共掺光纤208的一端,第三铒/镱共掺光纤208的另一端接第四耦合器211的2112端口，第四耦合器211的2113端口接第四波分复用器206的2062端口，第四耦合器211的2114端口接第二滤波器214的一端，第二滤波器214的另一端接第二偏振控制器217的一端，第二偏振控制器217的另一端接第二相位调制器220的一端，第二相位调制器220的另一端接第二单模光纤302的一端，第二单模光纤302的另一端装在组束装置304上；第四波分复用器206的2061端口接第四泵浦源203的输出端，第四波分复用器206的2063端口接第四铒/镱共掺光纤209的一端，第四铒/镱共掺光纤209的另一端接第五稱合器212的2122端口，第五稱合器212的2124端口接第三滤波器215的一端，第三滤波器215的另一端接第三偏振控制器218的一端，第三偏振控制器218的另一端接第三相位调制器221的一端，第三相位调制器221的另一端接第三单模光纤303的一端，第三单模光纤303的另一端装在组束装置304上；连接成三级放大结构，第一单模光纤301、第二单模光纤302、第三单模光纤303输出端通过组束装置304进行不同形式的排列，连接成至少三级放大结构，第一泵浦源101、第二泵浦源201、第三泵浦源202和第四泵浦源203均为相同波长激光器。本技术和已有技术相比所具有如下有益效果复合环形腔配合光纤法布里波罗标准具滤波可以产生稳定的超窄线宽单频激光信号，其光束质量非常好；后续的各级放大均由此复合环形腔的输出激光作为种子光，使得每一路输出的激光的频率完全一致，而后通过偏振控制器和相位调制器分别调整各路输出激光的偏振态和相位，使得每路输出激光具有完全相同的相位和偏振态，相干性强，可以有效地实现相干组束的高功率、高光束质量的激光输出。附图说明当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本技术以及容易得知其中许多伴随的优点，此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定，其中图I基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器示意图；图2光纤输出端排布方式。图中101、第一泵浦源；102、第一波分复用器；103、第一铒/镱共掺光纤；104、第一率禹合器；105、全光纤隔离器；106、第二稱合器；107、光纤光栅；108、光纤法布里波罗标准具；201、第二泵浦源；202、第三泵浦源；203、第四泵浦源；204、第二波分复用器；205、第三波分复用器；206、第四波分复用器；207、第二铒/镱共掺光纤；208、第三铒/镱共掺光纤；209、第四铒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合环形腔的相干组束高功率光纤激光器，其特征在干，包括种子光源部分、三级放大部分和组束部分；其中种子光源部分包括第一泵浦源(101)、第一波分复用器(102)、第一铒/镱共掺光纤(103)、第一稱合器(104)、全光纤隔离器(105)、第二率禹合器(106)、光纤光栅(107)、光纤法布里波罗标准具(108);三级放大部分包括第二泵浦源(201)、第三泵浦源(202)、第四泵浦源(203)、第二波分复用器(204)、第三波分复用器(205)、第四波分复用器(206)、第二铒/镱共掺光纤(207)、第三铒/镱共掺光纤(208)、第四铒/镱共掺光纤(209)、第三f禹合器(210)、第四f禹合器(211)、第五f禹合器(212)、第一滤波器(213)、第二滤波器(214)、第三滤波器(215)、第一偏振控制器(216)、第二偏振控制器(217)、第三偏振控制器(218)、第一相位调制器(219)、第二相位调制器(220)、第三相位调制器(221);组束部分包括第一单模光纤(301)、第二单模光纤(302)、第三单模光纤(303)、组束装置(304)，其中第一泵浦源(101)的输出端接第一波分复用器(102)的(1021)端ロ，第一波分复用器(102)的(1023)端ロ接第一铒/镱共掺光纤(103)的一端,第一铒/镱共掺光纤(103)的另一端接第一I禹合器(104)的(1042)端ロ，第一I禹合器(104)的(1041)端口和(1044)端ロ接起来构成次环形腔，第一耦合器(104)的(1043)端ロ接全光纤隔离器(105)的输入端,全光纤隔离器(105)的输出端接第二I禹合器(106)的(1061)端ロ，第二率禹合器(106)的(1063)端ロ接光纤光栅(107)的一端,光纤光栅(107)的另一端不作处理，第二耦合器(106)的(1062)端ロ接光纤法布里波罗标准具(108)的一端，光纤法布里波罗标准具(108)的另一端接第一波分复用器(102)的(1022)端ロ，构成主环形腔；第二耦合器(106)的(1064)端ロ接第二波分复用器(204)的(2042)端ロ，第二波分复用器(204)的(2041)端ロ接第二泵浦源(201)的输出端，第二波分复用器(204)的(2043)端ロ接第ニ铒/镱共掺光纤(207)的一端,第二铒/镱共掺光纤(207)的另一端接第三I禹合器(210)的(2102)端ロ，第三耦合器(210)的(2103)端ロ接第三波分复用器(205)的(2052)端ロ，第三稱合器(210)的(2104)端ロ接第一滤波器(213)的一端,第一滤波器(213)的另一端接第一偏振控制器(216)的一端,第一偏振控制器(216)的另一端接第一相位调制器(219)的一端，第一相位调制器(219)的另一端接第一单模光纤(301)的一端，第一单模光纤(301)的另一端装在组束装置(304)上；第三波分复用器(205)的(2051)端ロ接第三泵浦源(202)的输出端，第三波分复用器(205)的(2053)端ロ接第三餌/镱共掺光纤(208)的一端，第三餌/镱共掺光纤(208)的另一端接第四耦合器(211)的(2112)端ロ，第四耦合器(211)的(2113)端ロ接第四波分复用器(206)的(2062)端ロ，第四耦合器(211)的(2114)端ロ接第二滤波器(214)的一端，第二滤波器(214)的另一端接第二偏振控制器(217)的一端，第二偏振控制器(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亭，温晓东，延凤平，李琦，彭万敬，谭思宇，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：实用新型
国别省市：