本發(fā)明涉及光纖激光器，尤其是涉及一種提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器。

背景技術(shù)：

1、隨著人類對(duì)太空的不斷探索和空間技術(shù)的飛速發(fā)展，光纖激光器在空間領(lǐng)域的應(yīng)用廣度和場(chǎng)景大大增加，如空間激光通訊、激光雷達(dá)、太空垃圾處理、光纖激光陀螺等。然而，太空環(huán)境十分惡劣，主要表現(xiàn)為光纖激光器會(huì)受到高能電磁輻射(x射線、γ射線)以及帶電粒子(正負(fù)電子、質(zhì)子、α粒子等)的輻照。對(duì)激光器中有源光纖影響最大的是γ射線、x射線等高能射線。稀土摻雜有源光纖在空間輻照條件下會(huì)產(chǎn)生各種類型的缺陷(或稱為“色心”)，導(dǎo)致?lián)p耗增加，降低光纖激光器的輸出功率和使用壽命。

2、對(duì)于空間應(yīng)用的高功率光纖激光器除了受到輻致暗化效應(yīng)的影響，還會(huì)受到光子暗化效應(yīng)的影響。隨著高功率激光器運(yùn)行時(shí)間的增加，由于摻雜光纖纖芯背景損耗增大，光纖激光器的輸出功率快速減小并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此現(xiàn)象即為光子暗化效應(yīng)。光子暗化效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致激光器出光閾值增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，工作壽命變短，限制了高功率光纖激光器的工業(yè)應(yīng)用和發(fā)展。

3、光漂白技術(shù)作為一種實(shí)現(xiàn)抗暗化光纖激光器的潛在解決方案，其基本原理是利用特定波長(zhǎng)的光照射光纖，以減少或修復(fù)因輻射或光子暗化誘導(dǎo)的離子缺陷。然而，現(xiàn)有光漂白技術(shù)的效率和實(shí)用性受限于漂白光的注入方式和能量密度，當(dāng)?shù)凸β拭芏鹊钠坠庾⑷爰す馄飨到y(tǒng)時(shí)，由于漂白光在光纖器件中的本身損耗，低功率密度的漂白光對(duì)暗化導(dǎo)致的離子缺陷修復(fù)能力有限，難以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的漂白效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，該激光器通過在激光諧振腔后面連接漂白光循環(huán)器，使得漂白激光可以循環(huán)往復(fù)進(jìn)入光纖激光諧振腔，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)增益光纖循環(huán)高效漂白，提升了光纖激光器在輻射環(huán)境下和光子暗化情況下的抗暗化性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一方面，本發(fā)明提供提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，包括光纖激光振蕩器、漂白光源、漂白光循環(huán)器；

4、在光纖激光振蕩器中，高反射光纖光柵、增益光纖、低反射光纖光柵依次連接形成光纖激光諧振腔；

5、所述漂白光源從光纖激光諧振腔的高反射光纖光柵一側(cè)向光纖激光振蕩器內(nèi)注入漂白激光，漂白激光在光纖激光諧振腔的光纖包層中傳輸，對(duì)增益光纖進(jìn)行漂白；

6、所述低反射光纖光柵的一側(cè)連接有漂白光循環(huán)器，漂白光循環(huán)器具有泵浦傳能光纖閉合回路，經(jīng)低反射光纖光柵的光纖包層輸出到漂白光循環(huán)器的未完全吸收的漂白激光，經(jīng)漂白光循環(huán)器中泵浦傳能光纖閉合回路重新進(jìn)入到光纖激光諧振腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)增益光纖循環(huán)漂白，經(jīng)低反射光纖光柵的纖芯輸出的信號(hào)激光經(jīng)漂白光循環(huán)器的信號(hào)光纖輸出。

7、優(yōu)選地，所述光纖激光振蕩器包括增益光纖、高反射光纖光柵、低反射光纖光柵、光纖耦合半導(dǎo)體激光器、正向泵浦信號(hào)合束器；

8、多個(gè)光纖耦合半導(dǎo)體激光器分別與所述正向泵浦信號(hào)合束器的各泵浦傳能光纖連接；所述漂白光源通過漂白光源傳能光纖與正向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸入光纖連接，光纖耦合半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的泵浦光以及漂白光源產(chǎn)生的漂白激光經(jīng)正向泵浦信號(hào)合束器耦合進(jìn)入光纖激光諧振腔的光纖包層中傳輸。

9、優(yōu)選地，所述漂白光循環(huán)器包括光纖合束端、信號(hào)光纖和至少一對(duì)泵浦傳能光纖，信號(hào)光纖包括信號(hào)輸入光纖和信號(hào)輸出光纖，成對(duì)的兩根泵浦傳能光纖兩兩熔接形成泵浦傳能光纖閉合回路，泵浦傳能光纖兩兩熔接處形成泵浦傳能光纖熔接點(diǎn)，所述低反射光纖光柵連接漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸入光纖，經(jīng)低反射光纖光柵的纖芯輸出的信號(hào)激光經(jīng)漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸入光纖、信號(hào)輸出光纖輸出，經(jīng)低反射光纖光柵的包層輸出的激光經(jīng)漂白光循環(huán)器的泵浦傳能光纖閉合回路重新進(jìn)入到光纖激光諧振腔。

10、優(yōu)選地，所述漂白光循環(huán)器可以由反向泵浦信號(hào)合束器構(gòu)成，所述反向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸入光纖的纖芯/包層直徑與低反射光纖光柵的纖芯/包層直徑匹配，所述反向泵浦信號(hào)合束器的泵浦傳能光纖的數(shù)量n滿足2≤n≤36，且n為偶數(shù)，泵浦傳能光纖兩兩熔接形成多個(gè)泵浦傳能光纖閉合回路。

11、優(yōu)選地，所述光纖激光振蕩器還包括反向泵浦信號(hào)合束器，所述漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸出光纖連接反向泵浦信號(hào)合束器，反向泵浦信號(hào)合束器具有一根信號(hào)輸入光纖，一根信號(hào)輸出光纖和至少一根泵浦傳能光纖，反向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸入光纖與漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸出光纖連接，反向泵浦信號(hào)合束器的各泵浦傳能光纖連接有光纖耦合半導(dǎo)體激光器，反向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出光纖與包層光濾除器連接，包層光濾除器連接光纖端帽。

12、所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器能夠適應(yīng)各類輻射環(huán)境，能夠在γ射線、x射線或紫外線輻射環(huán)境中或者光子暗化環(huán)境中應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)在γ射線、x射線或紫外線輻射環(huán)境中的在線漂白或者實(shí)現(xiàn)在γ射線、x射線或紫外線輻射環(huán)境工作后的離線漂白。

13、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠產(chǎn)生的技術(shù)效果是：

14、本發(fā)明將漂白光源產(chǎn)生的漂白光注入到光纖激光諧振腔中的增益光纖，對(duì)增益光纖進(jìn)行漂白，由于在光纖激光諧振腔后面連接漂白光循環(huán)器，漂白光循環(huán)器具有泵浦傳能光纖閉合回路，使得光纖激光諧振腔輸出的未被完全吸收的漂白激光可以循環(huán)往復(fù)進(jìn)入光纖激光諧振腔中的增益光纖，實(shí)現(xiàn)對(duì)增益光纖的循環(huán)漂白，如此不僅能夠有效地提高光漂白效率，而且能夠增強(qiáng)增益光纖包層內(nèi)漂白光的能量密度，顯著提升光纖激光器在高輻射環(huán)境下的抗暗化性能和工作壽命。采用本發(fā)明方法可以有效提高全光纖激光器的漂白效率，最大程度提升光纖激光器的抗暗化性能。

15、本發(fā)明中激光器為全光纖結(jié)構(gòu)，漂白光源既可以實(shí)現(xiàn)在線漂白效果，也可以離線分時(shí)漂白，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可以極大拓展光纖激光器在不同輻射環(huán)境和光暗化環(huán)境中的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，包括光纖激光振蕩器、漂白光源、漂白光循環(huán)器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，光纖激光振蕩器包括增益光纖、高反射光纖光柵、低反射光纖光柵、光纖耦合半導(dǎo)體激光器、正向泵浦信號(hào)合束器；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，所述漂白光循環(huán)器包括光纖合束端、信號(hào)光纖和至少一對(duì)泵浦傳能光纖，信號(hào)光纖包括信號(hào)輸入光纖和信號(hào)輸出光纖，成對(duì)的兩根泵浦傳能光纖兩兩熔接形成泵浦傳能光纖閉合回路，泵浦傳能光纖兩兩熔接處形成泵浦傳能光纖熔接點(diǎn)，所述低反射光纖光柵連接漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸入光纖，經(jīng)低反射光纖光柵的纖芯輸出的信號(hào)激光經(jīng)漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸入光纖、信號(hào)輸出光纖輸出，經(jīng)低反射光纖光柵的包層輸出的激光經(jīng)漂白光循環(huán)器的泵浦傳能光纖閉合回路重新進(jìn)入到光纖激光諧振腔。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，還包括包層光濾除器和光纖端帽，所述漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸出光纖與包層光濾除器連接，包層光濾除器連接光纖端帽。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，所述漂白光循環(huán)器由反向泵浦信號(hào)合束器構(gòu)成，所述反向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸入光纖的纖芯/包層直徑與低反射光纖光柵的纖芯/包層直徑匹配，所述反向泵浦信號(hào)合束器的泵浦傳能光纖的數(shù)量n滿足2≤n≤36，且n為偶數(shù)，泵浦傳能光纖兩兩熔接形成多個(gè)泵浦傳能光纖閉合回路。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，所述光纖激光振蕩器包括反向泵浦信號(hào)合束器，所述漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸出光纖連接反向泵浦信號(hào)合束器，反向泵浦信號(hào)合束器具有一根信號(hào)輸入光纖，一根信號(hào)輸出光纖和至少一根泵浦傳能光纖，反向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸入光纖與漂白光循環(huán)器的信號(hào)輸出光纖連接，反向泵浦信號(hào)合束器的各泵浦傳能光纖連接有光纖耦合半導(dǎo)體激光器，反向泵浦信號(hào)合束器的信號(hào)輸出光纖與包層光濾除器連接，包層光濾除器連接光纖端帽。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，所述增益光纖為摻稀土離子的階躍折射率光纖，所述摻稀土離子是鐿離子、鉺離子、釹離子、銩離子、鈥離子中的一種或多種；所述增益光纖的橫截面結(jié)構(gòu)是單包層、雙包層、三包層或預(yù)制有特定層疊結(jié)構(gòu)中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或6所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，所述漂白光源產(chǎn)生的漂白激光的波長(zhǎng)范圍在360nm～780nm之間，包括單一波長(zhǎng)激光，雙波長(zhǎng)激光或多種波長(zhǎng)組合，用于對(duì)增益光纖進(jìn)行光暗化漂白。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，其特征在于，所述高反射光纖光柵的反射率大于90％，所述低反射光纖光柵的反射率在1％～30％之間，所述高反射光纖光柵的中心波長(zhǎng)與所述低反射光纖光柵的中心波長(zhǎng)匹配，中心波長(zhǎng)范圍為950nm～1200nm，所述高反射光纖光柵纖芯/包層直徑、低反射光纖光柵的纖芯/包層直徑分別與增益光纖兩端的纖芯/包層直徑相同。

10.如權(quán)利要求1所述的提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器能夠在γ射線、x射線或紫外線輻射環(huán)境中或者光子暗化環(huán)境中應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)在γ射線、x射線或紫外線輻射環(huán)境中的在線漂白或者實(shí)現(xiàn)在γ射線、x射線或紫外線輻射環(huán)境工作后的離線漂白。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提高光子暗化漂白效果的全光纖激光器，包括光纖激光振蕩器、漂白光源、漂白光循環(huán)器，漂白光源產(chǎn)生漂白光并注入到光纖激光諧振腔，對(duì)增益光纖進(jìn)行漂白，由于在光纖激光諧振腔后面連接漂白光循環(huán)器，漂白光循環(huán)器具有泵浦傳能光纖閉合回路，使得光纖激光諧振腔輸出的未被完全吸收的漂白激光可以循環(huán)往復(fù)進(jìn)入光纖激光諧振腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)增益光纖循環(huán)漂白，如此不僅能夠有效地提高光漂白效率，而且能夠增強(qiáng)增益光纖內(nèi)漂白光的能量密度，顯著提升光纖激光器在高輻射環(huán)境下的抗暗化性能和工作壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：葉云,相廣彪,王小林,張江彬,張漢偉,奚小明,潘志勇,華衛(wèi)紅,習(xí)鋒杰,韓凱,許曉軍,陳金寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17