【技術實現步驟摘要】
本專利技術主要涉及到光纖激光，尤其是一種基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法、光纖放大器及振蕩器。
技術介紹
1、相比于其它類型的激光器，光纖激光器具有光束質量好、可靠性高、結構緊湊、易于維護等優(yōu)勢，已經廣泛應用于國防軍事、工業(yè)加工、生物醫(yī)療等領域。近些年，隨著泵浦光源亮度、光纖拉制技術以及光纖器件制備技術的進步，光纖激光的輸出功率已經得到了極大的提升，顯示出了廣闊的功率提升空間和發(fā)展前景。但受限于橫向模式不穩(wěn)定(tmi)以及其他非線性效應，單纖輸出功率進一步提升已經遇到困難。
2、tmi是由于光纖纖芯本身支持多個本征模式，不同橫模之間發(fā)生干涉從而在纖芯中形成非均勻的光場分布，干涉的駐波會消耗增益光纖中的反轉粒子使得反轉粒子分布與干涉強度分布一致，又由于吸收泵浦光過程中的量子虧損等效應產生的熱量導致增益光纖產生與干涉花樣相同的溫度分布，在熱光效應的影響下產生折射率擾動并最終形成與干涉花樣相同的熱致光柵，在干涉光場、溫度場和折射率擾動場之間互相耦合產生tmi效應。
3、目前主流的高功率光纖激光器的tmi抑制方法，一是使用外部獨立器件控制放大器種子光的位置或是控制泵浦光的功率，以反饋的方式抑制tmi，但這種方法較為復雜、結構臃腫、集成度低；二是通過特殊設計的光纖、對光纖進行輻照處理以及改變泵浦或信號波長等抑制tmi效應，這種方法對光纖拉制技術要求高、光纖輻照處理時間長，甚至會降低其他非線性效應閾值，導致輸出激光性能下降。
4、由于光纖激光器中tmi的形成是光纖纖芯中不同的橫模干涉形成的駐波導致吸收泵
5、光纖布拉格光柵是一種在光纖上具有周期性折射率調制的光纖器件，刻寫在纖芯的光纖布拉格光柵可以將前向傳輸的纖芯模與后向傳輸的纖芯模耦合，起到反射纖芯光的作用。由于雙包層光纖具有內包層也可傳播光的獨有特性，將光纖布拉格光柵刻寫在雙包層光纖內包層上即可將前向傳輸的包層模與后向傳輸的包層模耦合，起到反射內包層光的作用。在光纖激光器的包層泵浦方案中，泵浦光在增益光纖的內包層中傳輸，所以刻寫在增益光纖內包層的光纖布拉格光柵可以對內包層傳輸的泵浦光起到反射的作用，從而改變泵浦光功率在增益光纖上的分布，進而可以控制增益光纖上各處的增益、抑制熱致光柵的形成，最終實現提高tmi閾值、抑制tmi效應。
6、傳統(tǒng)的光纖布拉格光柵制備手段如紫外曝光法等只能在載氫光纖上進行刻寫，該方法產生的折射率調制區(qū)較小，且高溫下光柵會被擦除。而大功率光纖激光器的增益光纖內包層直徑基本都在400μm及以上，因此基于紫外曝光法制備的光柵無法覆蓋大面積的內包層。飛秒激光可以聚焦在光纖內部，通過與光纖材料相互作用，引起材料改性，形成折射率調制區(qū)，周期性的折射率調制區(qū)可以構成光纖光柵。該技術方案不需要對光纖載氫。此外，使用空間光場調制器件之后可以控制光柵的橫截面的形狀和大小，因此可以在任意尺寸與形狀的光纖上制備光纖布拉格光柵，因此非常適合在增益光纖內包層上制備泵浦光反射光柵。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的技術問題，本專利技術提出一種基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法、光纖放大器及振蕩器。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、本專利技術提供一種基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，泵浦光在增益光纖的內包層傳輸，通過沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵，調整泵浦光功率在增益光纖中的分布，進而控制增益光纖各處增益的分布、控制增益光纖各處的熱量產生、抑制熱致光柵的形成，實現抑制tmi效應、提高tmi閾值的目的。
4、進一步地，所述分布式泵浦光反射光柵包括多個分布在增益光纖軸向不同位置處的內包層上的泵浦光反射光柵，泵浦光在增益光纖的內包層中傳播時，當傳播到泵浦光反射光柵時，一部分泵浦光被泵浦光反射光柵反射、另一部分泵浦光穿過泵浦光反射光柵繼續(xù)傳播，通過在不同長度位置處設置不同反射率的泵浦光反射光柵，降低高泵浦光功率密度處的泵浦光功率，提高低泵浦光功率密度處的泵浦光功率，將整個增益光纖上的泵浦光功率調控得相對均勻，避免局部長度位置處的泵浦光功率過高導致發(fā)熱嚴重引起熱致光柵而產生tmi效應。
5、進一步地，所述增益光纖為雙包層增益光纖，內包層的形狀不限，如為正八邊形、正六邊形等。所述增益光纖為內包層為正八邊形的雙包層增益光纖。
6、進一步地，提供一種沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵的方法，包括：
7、(1)設分布式泵浦光反射光柵包括m個分布在增益光纖軸向不同位置處的內包層上的泵浦光反射光柵，確定各泵浦光反射光柵的光柵周期、啁啾率、各泵浦光反射光柵的刻寫位置、各泵浦光反射光柵的長度；
8、(2)刻寫分布式泵浦光反射光柵中的第i個泵浦光反射光柵，i＝1,2，...，m：
9、(2.1)增益光纖置于三維移動平臺上的電動旋轉夾具上；
10、(2.2)通過三維移動平臺以及電動旋轉夾具調整增益光纖的位置和旋轉角度，使飛秒激光通過聚焦物鏡避開纖芯聚焦于需要刻寫第i個泵浦光反射光柵的增益光纖長度位置處的內包層中，使用空間光場調制器件將飛秒激光的聚焦光斑調制為線形并在增益光纖中形成豎直的具有一定長度的線形折射率調制區(qū)，線形折射率調制區(qū)完全聚焦于增益光纖內包層中且避開纖芯；
11、(2.3)控制電動旋轉夾具使增益光纖以一定速度旋轉一周，在增益光纖內包層中形成折射率調制平面，停止飛秒激光器出光，保持飛秒激光光路不變；
12、(2.4)通過三維移動平臺將增益光纖沿軸向移動一個光柵周期的距離，返回步驟(2.2)，形成下一個完全相同的折射率調制平面，重復此過程直到完成第i個泵浦光反射光柵；
13、(3)采用步驟(2)的方法，完成m個分布在增益光纖軸向不同位置處的內包層上的泵浦光反射光柵的刻寫。
14、進一步地，通過優(yōu)化飛秒激光加工參數調整折射率調制深度。具體地，加深折射率調制深度可以通過增加飛秒激光的功率密度實現，具體表現為刻寫泵浦光反射光柵時增加飛秒激光單脈沖能量、增加飛秒激光重復頻率、減小加工速度。如需要降低折射率調制深度，則可以通過降低飛秒激光的功率密度實現，具體表現為刻寫泵浦光反射光柵時降低飛秒激光單脈沖能量、降低飛秒激光重復頻率、加大加工速度。
15、進一步地，對于相同長度的泵浦光反射光柵，在一定的折射率調制范圍內，泵浦光反射光柵的折射率調制深度越大，則泵浦光反射光柵的反射率越大，從而控制光柵反射率。如此可以通過調整泵浦光反射光柵的折射率調制深度調控泵浦光反射光柵的反射率。例如在相同泵浦光反射光柵長度的情況下，對于折射率調制深度為1.5×10本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，泵浦光在增益光纖的內包層傳輸，通過沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵，調整泵浦光功率在增益光纖中的分布，進而控制增益光纖各處增益的分布、控制增益光纖各處的熱量產生、抑制熱致光柵的形成，實現抑制TMI效應、提高TMI閾值的目的。
2.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，所述分布式泵浦光反射光柵包括多個分布在增益光纖軸向不同位置處的內包層上的泵浦光反射光柵，泵浦光在增益光纖的內包層中傳播時，當傳播到泵浦光反射光柵時，一部分泵浦光被泵浦光反射光柵反射、另一部分泵浦光穿過泵浦光反射光柵繼續(xù)傳播，通過在不同長度位置處設置不同反射率的泵浦光反射光柵，降低高泵浦光功率密度處的泵浦光功率，提高低泵浦光功率密度處的泵浦光功率，將整個增益光纖上的泵浦光功率調控得相對均勻，避免局部長度位置處的泵浦光功率過高導致發(fā)熱嚴重引起熱致光柵而產生TMI效應。
3.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，所述增益光纖為雙包層增益光纖，所述增益光纖的
4.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，所述增益光纖的內包層為正八邊形或正六邊形。
5.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵的方法，包括：
6.根據權利要求5所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，通過優(yōu)化飛秒激光加工參數調整折射率調制深度，對于相同長度的泵浦光反射光柵，在一定的折射率調制范圍內，泵浦光反射光柵的折射率調制深度越大，則泵浦光反射光柵的反射率越大，從而控制光柵反射率。
7.根據權利要求5所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，所述步驟(2.3)、步驟(2.4)中的折射率調制平面為圓環(huán)形折射率調制平面。
8.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的TMI效應抑制方法，其特征在于，在分布式泵浦光反射光柵中，靠近增益光纖兩端的泵浦光反射光柵應具有較低的反射率，在泵浦光功率密度較高處兩側的泵浦光反射光柵應具有較高的反射率。
9.光纖放大器，包括種子源、泵浦源、合束器和增益光纖，其特征在于，所述泵浦源輸出的泵浦光在增益光纖的內包層傳輸，通過沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵，分布式泵浦光反射光柵用于調整泵浦光功率在增益光纖中的分布，進而控制增益光纖各處增益的分布、控制增益光纖各處的熱量產生、抑制熱致光柵的形成，實現抑制TMI效應、提高TMI閾值。
10.根據權利要求9所述的光纖放大器，其特征在于，包括依次連接第一泵浦光反射光柵、連有多個前向泵浦源的前向合束器、刻有分布式泵浦光反射光柵的增益光纖、連有多個后向泵浦源的后向合束器、第二泵浦光反射光柵、塊狀石英端帽，塊狀石英端帽具有傾瀉與濾波一體化的尾纖，用于傾瀉包層光、對輸出激光進行濾波以及降低功率密度，各前向泵浦源與前向合束器的對應泵浦臂相連，各后向泵浦源與后向合束器的對應泵浦臂相連。
11.光纖振蕩器，包括泵浦源、合束器、高反射布拉格光柵、增益光纖和低反射布拉格光柵，其特征在于，所述泵浦源輸出的泵浦光在增益光纖的內包層傳輸，通過沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵，分布式泵浦光反射光柵用于調整泵浦光功率在增益光纖中的分布，進而控制增益光纖各處增益的分布、控制增益光纖各處的熱量產生、抑制熱致光柵的形成，實現抑制TMI效應、提高TMI閾值。
12.根據權利要求10所述的光纖振蕩器，其特征在于，包括依次連接第一泵浦光反射光柵、連有多個前向泵浦源的前向合束器、高反射布拉格光柵、刻有分布式泵浦光反射光柵的增益光纖、低反射率布拉格光柵、連有多個后向泵浦源的后向合束器、第二泵浦光反射光柵、塊狀石英端帽，塊狀石英端帽具有傾瀉與濾波一體化的尾纖，用于傾瀉包層光、對輸出激光進行濾波以及降低功率密度，各前向泵浦源與前向合束器的對應泵浦臂相連，各后向泵浦源與后向合束器的對應泵浦臂相連。
...【技術特征摘要】
1.基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，泵浦光在增益光纖的內包層傳輸，通過沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵，調整泵浦光功率在增益光纖中的分布，進而控制增益光纖各處增益的分布、控制增益光纖各處的熱量產生、抑制熱致光柵的形成，實現抑制tmi效應、提高tmi閾值的目的。
2.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，所述分布式泵浦光反射光柵包括多個分布在增益光纖軸向不同位置處的內包層上的泵浦光反射光柵，泵浦光在增益光纖的內包層中傳播時，當傳播到泵浦光反射光柵時，一部分泵浦光被泵浦光反射光柵反射、另一部分泵浦光穿過泵浦光反射光柵繼續(xù)傳播，通過在不同長度位置處設置不同反射率的泵浦光反射光柵，降低高泵浦光功率密度處的泵浦光功率，提高低泵浦光功率密度處的泵浦光功率，將整個增益光纖上的泵浦光功率調控得相對均勻，避免局部長度位置處的泵浦光功率過高導致發(fā)熱嚴重引起熱致光柵而產生tmi效應。
3.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，所述增益光纖為雙包層增益光纖，所述增益光纖的纖芯中摻雜有稀土離子。
4.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，所述增益光纖的內包層為正八邊形或正六邊形。
5.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，沿著增益光纖的長度方向在增益光纖的內包層上刻寫分布式泵浦光反射光柵的方法，包括：
6.根據權利要求5所述的基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，通過優(yōu)化飛秒激光加工參數調整折射率調制深度，對于相同長度的泵浦光反射光柵，在一定的折射率調制范圍內，泵浦光反射光柵的折射率調制深度越大，則泵浦光反射光柵的反射率越大，從而控制光柵反射率。
7.根據權利要求5所述的基于泵浦光調控的tmi效應抑制方法，其特征在于，所述步驟(2.3)、步驟(2.4)中的折射率調制平面為圓環(huán)形折射率調制平面。
8.根據權利要求1所述的基于泵浦光調控的...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳金寶，王澤鋒，高晨暉，趙蓉，王蒙，陳子倫，李智賢，李昊，葉新宇，周智越，肖虎，馬鵬飛，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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