專利名稱：全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光，特別是一種全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)， 它是一種利用摻鐿雙包層光纖實(shí)現(xiàn)的百納秒脈沖激光信號(hào)源，其優(yōu)點(diǎn)是
光束質(zhì)量好，窄線寬、基橫模、單縱模，且在實(shí)現(xiàn)高功率的情況下，200ns 方波幾乎無(wú)畸變，該系統(tǒng)可應(yīng)用于同時(shí)對(duì)線寬、功率和脈沖形狀要求嚴(yán) 格的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
利用光纖實(shí)現(xiàn)的信號(hào)源模塊具有光束質(zhì)量好，效率高，高穩(wěn)定性、 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在通信、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。摻鐿(Yb3+)
石英光纖屬于簡(jiǎn)單的二能級(jí)結(jié)構(gòu)，具有寬的吸收譜、增益帶寬和調(diào)諧范 圍，量子效率高，無(wú)激發(fā)態(tài)吸收、無(wú)濃度淬滅等特點(diǎn)；且由于雙包層光 纖的特殊結(jié)構(gòu)，泵浦光可在大截面、大數(shù)值孔徑的包層中傳播并實(shí)現(xiàn)泵 浦光的高功率耦合和吸收，提高放大器中的存儲(chǔ)能量，實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的有 效放大。這些優(yōu)點(diǎn)使摻鐿雙包層光纖越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注。
盡管目前廣泛利用的大模場(chǎng)面積光纖(LMF)可有效的降低光纖纖 芯內(nèi)的功率密度，提高非線性閾值，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖信號(hào)高功率，無(wú)畸變放 大，但由于纖芯直徑在10pm以上，并不能保證放大過(guò)程中光束的基橫 模傳輸特性；而普通的單模光纖放大器雖然可保證光束的單橫模特性， 但由于光纖內(nèi)可存儲(chǔ)的能量有限，百納秒脈沖放大時(shí)，隨著信號(hào)功率的 增加很容易使放大器增益飽和，引起脈沖形狀畸變，不能滿足需要線寬 窄、高功率、基橫模、單縱模和脈沖形狀無(wú)畸變的情況，例如，在慣性 約束核聚變(ICF)裝置前端驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向集成化方向發(fā)展的過(guò)程中，在
進(jìn)入分束器陣列之前不僅要求功率高，脈沖形狀無(wú)畸變，而且要求光束 質(zhì)量好，基橫模單縱模。同時(shí)很多高功率的放大器采用透鏡耦合信號(hào)光 和泵浦光的結(jié)構(gòu)，耦合調(diào)節(jié)較難，且耦合效率低，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，受環(huán)境 影響較大，這些缺點(diǎn)限制了其在很多場(chǎng)合下的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種 全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)可實(shí)現(xiàn)窄線寬、高功率、 基橫模、單縱模和穩(wěn)定性好的激光脈沖放大信號(hào)輸出。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，構(gòu)成包括依次連接的分布 反饋光纖激光器、聲光斬波器、摻鐿單模光纖前置放大器、光纖分束器， 在該光纖分束器的90%輸出端與多模泵浦合束器的信號(hào)端相熔接，該 多模泵浦合束器的輸出尾纖與摻鐿雙包層光纖放大器的光纖相熔接，該 多模合束器的泵浦端接多模半導(dǎo)體激光器，所述的摻鐿雙包層光纖放大
器的尾纖的輸出端面具有8。的斜面，所述的光纖分束器的后向輸出監(jiān)
控端接光纖隔離器。
所述的摻鐿單模光纖前置放大器具有帶寬lnm光纖濾波器。 所述的多模泵浦合束器輸出尾纖為雙包層非摻雜光纖，內(nèi)包層直徑 為125um，數(shù)值孔徑0.45，纖芯直徑4um，數(shù)值孔徑0.12，所述的摻 鐿雙包層光纖放大器的內(nèi)包層直徑為130um，數(shù)值孔徑0.46，纖芯模 場(chǎng)直徑6.5um，數(shù)值孔徑0.12。
所述的摻鐿雙包層光纖放大器的輸出端接高功率光纖隔離器。 實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明的放大脈沖信號(hào)具有窄線寬、基橫模、單縱模、穩(wěn)
定性好和在高功率脈沖形狀無(wú)畸變的優(yōu)點(diǎn)，易封裝且受環(huán)境影響較小。


圖1是本發(fā)明全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中
1 —分布反饋光纖激光器；2 —聲光斬波器；3 —摻鐿單模光纖前置放 大器，包含一個(gè)中心波長(zhǎng)lpm，帶寬lnm的光纖濾波器；4 —波長(zhǎng)lpm 的10: 90光纖分束器；5 — 12m摻鐿雙包層光纖；6 —光纖隔離器；7 — 多模泵浦合束器；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)源系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。也是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見(jiàn)，本發(fā)明 全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)源系統(tǒng)的構(gòu)成包括依次連接的分布反饋 光纖激光器1、聲光斬波器2、摻鐿單模光纖前置放大器3、光纖分束 器4，在該光纖分束器4的90%輸出端與多模泵浦合束器7的信號(hào)端相 熔接，該多模泵浦合束器7的輸出尾纖與摻鐿雙包層光纖放大器5的光 纖相熔接，該多模合束器7的泵浦端接多模半導(dǎo)體激光器LD2，所述的 摻鐿雙包層光纖放大器5的尾纖的輸出端面具有8。斜面，所述的光纖 分束器4的后向輸出監(jiān)控端接光纖隔離器6。
本實(shí)施例中，所述的分布反饋光纖激光器1是采用輸出線寬很窄 (<100KHz)的中心波長(zhǎng)lpm的分布反饋光纖激光器作信號(hào)種子光， 經(jīng)過(guò)聲光斬波器2后得到脈沖信號(hào)，為重復(fù)頻率1Hz的脈寬為200ns 方波脈沖；所述的摻鐿單模光纖前置放大器3具有帶寬lnm光纖濾波
器，半導(dǎo)體激光器LD1作為泵浦源，該摻鐿單模光纖前置放大器3放 大弱脈沖信號(hào)，輸出端采用帶寬lnm光纖濾波器，濾除自發(fā)輻射噪聲， 提高信噪比。
作為摻鐿雙包層光纖放大器5的泵浦源是波長(zhǎng)970nm，最大輸出功 率2W的多模半導(dǎo)體激光器LD2。多模泵浦合束器7可實(shí)現(xiàn)泵浦和信號(hào) 光的高耦合效率，泵浦光耦合效率是95%，信號(hào)光耦合效率為86%; 所述的摻鐿雙包層光纖放大器5是由12m雙包層摻Y(jié)b光纖構(gòu)成，可 對(duì)中心波長(zhǎng)1 u m脈寬200ns的脈沖光實(shí)現(xiàn)功率放大。多模泵浦合束器 7輸出尾纖為雙包層非摻雜光纖，內(nèi)包層直徑為125 u m，數(shù)值孔徑0.45， 纖芯直徑4um，數(shù)值孔徑0.12。所述的摻鐿雙包層光纖放大器5的雙 包層光纖的內(nèi)包層直徑為130um，數(shù)值孔徑0.46，纖芯模場(chǎng)直徑6.5 um，數(shù)值孔徑0.12。光纖參數(shù)基本匹配，摻Y(jié)b雙包層光纖可與多模 泵浦合束器7的輸出尾纖直接熔接，其熔接損耗小于ldB;采用8°斜 面輸出，防止放大的自發(fā)輻射光(ASE)在放大器中形成自激振蕩，打 壞系統(tǒng)器件。所述的光纖分束器4采用了波長(zhǎng)lpm的90: IO分束器， 該分束器4具有兩個(gè)正向輸出端和一個(gè)反向輸出端，因而可同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸 入信號(hào)監(jiān)控和反向輸出功率和脈沖波形監(jiān)控，兩個(gè)正向輸出端的分束比 為90: 10。由于反向監(jiān)控輸出端光纖端面和前向放大信號(hào)輸出光纖端 面容易形成腔振蕩，故在反向輸出監(jiān)控端接光纖隔離器6，有效的避免 了輸出脈沖的光振蕩現(xiàn)象，可進(jìn)一步提高脈沖功率，且方波脈沖形狀無(wú) 畸變。同時(shí)，由于系統(tǒng)中采用的光纖纖芯模場(chǎng)直徑均在6pm左右，有 效的保證了輸出脈沖基橫模單縱模的很好光束質(zhì)量。在操作步驟上，種子源分布反饋光纖激光器1輸出連續(xù)信號(hào)光線寬
〈100KHz，功率8mW，經(jīng)聲光斬波器2得到重復(fù)頻率1Hz，脈沖200ns的 脈沖信號(hào)，再經(jīng)摻鐿單模光纖前置放大器3放大和lnm帶寬濾波，通過(guò) 分束器4和多模泵浦合束器7進(jìn)入雙包層光纖放大器5中，打開(kāi)泵浦源， 中心波長(zhǎng)970nm，逐步增大泵浦功率，輸入信號(hào)監(jiān)控端監(jiān)控輸入脈沖波 形，反向監(jiān)控端觀察反向輸出脈沖波形，可實(shí)時(shí)檢測(cè)放大器中非線性現(xiàn) 象SBS的發(fā)生，8度斜面輸出端經(jīng)光纖耦合觀察輸出脈沖波形，經(jīng)12m 雙包層光纖放大，得到峰值功率3W，穩(wěn)定性2. l%rms，脈沖無(wú)畸變的 200ns方波輸出。
本實(shí)施例中，脈沖信號(hào)輸出為8度斜面輸出，觀察脈沖穩(wěn)定性需采 用空間光透鏡耦合進(jìn)光纖，耦合系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使總輸出脈沖的不穩(wěn)定 性偏大，本實(shí)施例還不夠理想，限制了其應(yīng)用場(chǎng)合。
實(shí)施例2，與實(shí)施例1相比的不同點(diǎn)在于所述的摻鐿雙包層光纖放 大器5的輸出端接高功率光纖隔離器，例如〉3W的光纖隔離器，則可極 大的提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，光纖隔離器輸出結(jié)構(gòu)更容易封裝，可滿足 要求窄線寬，功率高和輸出脈沖波形無(wú)畸變的更多場(chǎng)合的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括依次連接的分布反饋光纖激光器(1)、聲光斬波器(2)、摻鐿單模光纖前置放大器(3)、光纖分束器(4)，在該光纖分束器(4)的90％輸出端與多模泵浦合束器(7)的信號(hào)端相熔接，該多模泵浦合束器(7)的輸出尾纖與摻鐿雙包層光纖放大器(5)的光纖相熔接，該多模合束器(7)的泵浦端接多模半導(dǎo)體激光器，所述的摻鐿雙包層光纖放大器(5)的尾纖的輸出端面具有8度斜面，所述的光纖分束器(4)的后向輸出監(jiān)控端接光纖隔離器(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，其 特征在于所述的慘鐿單模光纖前置放大器(3)具有帶寬lnm光纖濾波 器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，其 特征在于所述的多模泵浦合束器(7)輸出尾纖為雙包層非摻雜光纖， 內(nèi)包層直徑為125 ym，數(shù)值孔徑0.45，纖芯直徑4um，數(shù)值孔徑0.12， 所述的摻鐿雙包層光纖放大器(5)的光纖內(nèi)包層直徑為130um，數(shù)值 孔徑0.46，纖芯模場(chǎng)直徑6.5 u m，數(shù)值孔徑0.12。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，其 特征在于所述的摻鐿雙包層光纖放大器(5)的輸出端接高功率光纖隔
全文摘要
一種全光纖窄線寬百納秒脈沖信號(hào)系統(tǒng)，構(gòu)成包括依次連接的分布反饋光纖激光器、聲光斬波器、摻鐿單模光纖前置放大器、光纖分束器，在該光纖分束器的90％輸出端與多模泵浦合束器的信號(hào)端相熔接，該多模泵浦合束器的輸出尾纖與摻鐿雙包層光纖放大器的光纖相熔接，該多模合束器的泵浦端接多模半導(dǎo)體激光器，所述的摻鐿雙包層光纖放大器的尾纖的輸出端面具有8°的斜面，所述的光纖分束器的后向輸出監(jiān)控端接光纖隔離器。本發(fā)明的放大脈沖信號(hào)具有窄線寬、基橫模、單縱模、穩(wěn)定性好和在高功率脈沖形狀無(wú)畸變的優(yōu)點(diǎn)，易封裝且受環(huán)境影響較小。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101201528SQ200710172199
公開(kāi)日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者常麗萍, 李國(guó)揚(yáng), 林尊琪, 利 王, 王江峰, 柏 陳, 陳嘉琳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所