專利名稱：用于在高功率級聯(lián)拉曼光纖激光器中抑制反向激光發(fā)射的系統(tǒng)和技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及光纖裝置和方法，并且更具體地，涉及用于在高功率級聯(lián)拉曼光纖激光器中抑制反向激光發(fā)射的改進系統(tǒng)和技術。
背景技術：
光纖中的受激拉曼散射是可用于在稀土摻雜光纖不工作的波長區(qū)域提供非線性增益的有用效應。包層泵浦的摻％光纖可用作將915nm或975nm的高功率多模二極管轉換為1. 0至1. 2微米區(qū)域內的單模輻射的亮度轉換器。然后可將其用于泵浦級聯(lián)拉曼諧振器，以通過使用多個斯托克斯頻移在寬的范圍上改變％激光器的輸出波長。通過這種方式，可以產生例如1480nm的高功率單模輻射，然后可將該輻射用于以基模泵浦高功率摻輯光纖放大器。J. C. Jasapara> M. J. Andre jco、A. D. Yablon> J. W. Nicholson、C. Headley 禾口 D. DiGiovanni 在 Opt Lett. 32，2429-2431 U007)的〃 Picosecond Pulse Amplification in a Core-Pumped Large-Mode-Area Erbium Fiber"中描述了該技術,該文獻的全部內容通過引用包含于此。圖1示出了示例性的40W 1480nm的系統(tǒng)20的圖，其中使用摻％光纖激光器泵浦級聯(lián)拉曼諧振器。多個多模915或975nm 二極管激光通過錐形光纖束(TFB)結合并輸入到雙包層摻％光纖中。所述雙包層摻％光纖在單模纖芯中引導信號光，并且在內包層中引導泵浦光。光纖布拉格光柵在％光纖激光諧振器中形成高反射器件(HR)和輸出耦合器 (OC)。%光纖激光器的輸出被輸入到拉曼光纖諧振器中。拉曼光纖包括具有正常色散的小有效面積。正常色散防止調制不穩(wěn)定性，調制不穩(wěn)定性會在高功率時導致超連續(xù)譜產生。 小有效面積導致高拉曼增益，并且因此可以在級聯(lián)拉曼諧振器(CRR)中產生多個高階斯托克斯頻移，其中由在波長上通過拉曼斯托克斯頻移分開的多個光纖布拉格光柵構造多個諧振器。在最終期望的斯托克斯頻移下的輸出耦合器將輻射耦合出該光纖，并且附加的泵浦反射器重復利用未使用的％輻射，以增加效率。注意，圖1中給出的波長僅是用于說明的目的，并且所使用的確切波長取決于最終期望的波長。圖1中示意性的不同波長和位置處的多個反射器結合產生耦合的腔體。例如，注意，拉曼輸入光柵(RIG)組具有1175nm的高反射器件，1175nm是1117nm的第一斯托克斯頻移。盡管該反射器件意圖在拉曼光纖內提供1175nm的輻射環(huán)流(circuilation)，但是如果1117nm的功率變得足夠高，那么因為1175nm的輻射在相對于1117nm輻射的％離子增益和拉曼增益的帶寬內，該反射器還可以在雙層摻％光纖內引起1175nm的激光發(fā)射。這種1175nm的反向激光發(fā)射則可能使摻Yb光纖激光器不穩(wěn)定。最終，它可能引起可導致部件失效的激光器的脈動。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術的這些和其它問題，本發(fā)明的一方面提供了一種抑制反向激光發(fā)射的光放大系統(tǒng)和技術。根據本發(fā)明的一種實踐方式，泵浦源在源波長下提供泵浦功率。該泵浦功率作為輸入進入到級聯(lián)拉曼諧振器中。將依賴于波長的損耗元件連接成使得它在級聯(lián)拉曼諧振器之前。該依賴于波長的損耗元件被配置為以低損耗在源波長下傳送光功率，并且在第一斯托克斯頻移下提供高損耗。該依賴于波長的損耗元件防止在泵浦源和級聯(lián)拉曼諧振器之間累積光功率，從而防止光功率反向傳播回泵浦源中。本發(fā)明的另一方面涉及用于通過使用具有較大模場(modefield)直徑的放大器光纖和具有較寬帶寬的依賴于波長的損耗元件來調整(scaling)到較高功率的系統(tǒng)和技術。


圖1是根據現(xiàn)有技術的級聯(lián)拉曼諧振器的圖。圖2是根據本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)的總體圖。圖3是包含圖2中所示的系統(tǒng)的整體結構的示例性系統(tǒng)的圖。圖4是圖3中所示系統(tǒng)中的級聯(lián)拉曼諧振器的更詳細的圖。圖5A-圖5B示出基于圖3和圖4中所示的MOPA配置的測試裝置的圖。圖6A-圖6D是使用圖5A-圖5B中所示的測試裝置取得的一系列測量曲線圖。圖7是示出在圖5A-圖5B中示出的測試裝置中使用的長周期光柵的測得的插入損耗的曲線圖。圖8A-圖8B示出用于測試在較高功率下的反向斯托克斯激光發(fā)射和脈動的測試
直ο圖9A是示出作為1480nm輸出功率的函數的反向傳播功率的曲線，圖9B是示出圖 8A-圖8B中所示的測試裝置對于不同輸出功率的振蕩器時間軌跡的曲線圖。圖9C和圖9D示出圖8A-圖8B中所示的測試裝置的包層泵浦光纖激光器和級聯(lián)拉曼諧振器的輸出功率。圖10是比較LPG插入損耗與最大拉曼輸出功率為78W時反向傳播的斯托克斯波長的譜的曲線圖。圖11是根據所描述的本發(fā)明各方面的一般技術的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一方面提供用于在高功率級聯(lián)拉曼光纖激光器中抑制反向激光發(fā)射的系統(tǒng)和技術。如本文中描述的，通過識別指出反向激光發(fā)射開始的標志(signature)來實現(xiàn)對反向激光發(fā)射的抑制。識別這些標志是非常有效的技術。由反向激光發(fā)射引起的時間干擾可導致脈動，所述脈動可能在較高功率時損壞部件。
本發(fā)明的另一方面提供一種拉曼激光發(fā)射系統(tǒng)，其中依賴于波長的損耗元件被用于通過抑制在第一斯托克斯頻移下的輻射累積消除來自級聯(lián)拉曼諧振器的反向激光發(fā)射。 當根據現(xiàn)有技術的系統(tǒng)(如上面討論的圖1的系統(tǒng))以較高的功率工作時，該輻射累積和反向激光發(fā)射在外部裝置連接時可導致例如泵浦激光器的高反射器件(HR)失效。根據本發(fā)明的一個方面，使用連接在％系統(tǒng)和拉曼激光器之間的適當的基于光纖的損耗元件來顯著地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據本發(fā)明的另一方面，在拉曼激光發(fā)射系統(tǒng)中使用大模場直徑(MFD)光纖來增加拉曼閾值。大MFD光纖與波長選擇濾波相結合以減小潛在的反饋源。應該指出，可以用其它方式解決上述與反向激光發(fā)射有關的問題。在一個另選方案中，結合％放大器光纖使用凹陷包層W形折射率分布來實現(xiàn)在第一斯托克斯頻移下產生高損耗并且在放大器輸出產生低損耗的基模截止。在2009年5月11日提交的61/177058 號美國臨時專利申請中描述了該方法，該臨時申請由本申請的受讓人擁有，并且其全部內容通過引用包含于此。圖2示出了根據本發(fā)明的系統(tǒng)100的總體圖，系統(tǒng)100包括拉曼泵浦源120，所述拉曼泵浦源120將泵浦功率通過波長選擇損耗元件140輸入到級聯(lián)拉曼諧振器(CRR) 160 中，以在期望的波長下產生系統(tǒng)輸出180。可以使用多個不同的結構來實現(xiàn)泵浦源120，所述結構包括如圖1中所示的單振蕩器配置和下面討論的主振蕩器功率放大器(MOPA)配置。泵浦源120以指定的波長提供泵浦功率121，在本示例中所述波長是1117nm。泵浦功率121在它作為泵浦功率輸入到CRR 160中之前通過損耗元件140。如下面更詳細討論的，波長敏感型損耗元件140在該泵浦波長下具有低損耗，而在第一斯托克斯頻移下具有高損耗。CRR 160包括一段拉曼激活光纖162、拉曼輸入光柵組RIGl和拉曼輸入光柵組 R0G1，它們一起形成一系列嵌套的激光腔體164。當光傳播通過所述嵌套的激光腔體164 時，它經歷一系列的斯托克斯頻移，從而產生具有期望波長的系統(tǒng)輸出180。本領域技術人員已知可以使用另選結構和波長選擇元件構造拉曼諧振器，例如使用熔合光纖WDM耦合器或薄膜光纖以構造WDM環(huán)路鏡。還應理解，CRR可以以線性腔體配置或者配置為單向環(huán)腔體或雙向環(huán)腔體。還應理解，CRR可被配置成作為激光器工作，也可以通過去除最后一組反射器并替代地以最后的波長將信號注入到CRR中而將CRR配置成作為放大器工作。本討論僅僅是出于說明的目的而集中在使用布拉格光柵反射器構造的線性諧振器，并且不改變抑制光從CRR 160反向傳播到泵浦源120的基本特征。通過使用波長敏感型損耗元件140抑制在第一斯托克斯頻移下的輻射積累，波長選擇損耗元件140基本消除了在第一斯托克斯頻移下的反向激光發(fā)射，波長敏感型損耗元件140被配置為對第一斯托克斯階的光具有高損耗，而對泵浦輸入光保持低損耗。這樣，拉曼輸入光柵組RIGl對摻％激光系統(tǒng)變?yōu)椴豢梢?，同時對拉曼激光提供高反射性。在本示例中，由長周期光柵LPGl提供損耗元件140。長周期光柵是依賴于波長的裝置，它將特定波長的光從引導的模式耦合到高階包層模式，在高階包層模式中光由于吸收和散射而損耗。在本示例中，LPGl被配置為以很小的損耗或者無損耗地在泵浦波長(即1117nm)下傳送光。光柵LPGl還被配置為在第一斯托克斯頻移(即1175nm)提供高損耗。 當1117nm的泵浦功率輸入作為輸入進入CRR 160時，它經歷一個或多個斯托克斯頻移，第一斯托克斯頻移在1175nm。從圖2看出，所有在泵浦源120和CRR 160之間傳播的光都通過損耗元件140。因為損耗元件140被配置為在第一斯托克斯頻移(即1175nm)提供高損耗，所以將看到，1175nm的輻射累積顯著減少，并且因此反向傳播到泵浦功率源120 中的輻射顯著減少。盡管在圖2的系統(tǒng)中示出長周期光柵，但是也可以使用其它依賴于波長的裝置， 例如傾斜光纖布拉格光柵、熔合光纖波分復用器(WDM)、一段基模截止光纖等等。任意這樣的裝置必須能夠處理高功率。原則上，光學隔離器在該應用中也起作用，但是在實踐中，利用本技術，不存在能夠處理達到從CRR輸出高功率所需的高泵浦功率(> 100W)的光纖耦合光學隔離器。已經發(fā)現(xiàn)，具有與RIG中的反射器光柵的波長匹配的中心波長的窄帶寬LPG非常適用于增加反向斯托克斯激光發(fā)射的閾值。依賴于波長的損耗元件140的寬帶操作不是必須的，因為不希望有的反饋來自CRR 160，該反饋具有已知的特定波長響應，即斯托克斯頻移。圖3示出包含圖2中所示的系統(tǒng)100的整體結構的示例性系統(tǒng)200的圖。系統(tǒng) 200包括泵浦功率源220、波長敏感型損耗元件240和級聯(lián)拉曼諧振器260。系統(tǒng)200提供期望波長的高功率輸出280，在本示例中該期望波長是1480nm。使用主振蕩器功率放大器(MOPA)配置實現(xiàn)泵浦功率源220，其中放大器組件與振蕩器激光器光學隔離。在2009年5月11日提交的61/177058號美國臨時專利申請中描述了該配置，該臨時申請由本申請的受讓人擁有，并且其全部內容通過引用包含于此。在系統(tǒng)200中，泵浦源220包括主振蕩器221和功率放大器230，它們通過將振蕩器221與從放大器230或CRR 260反向傳播的輻射隔離的適當耦合器225 (如波分復用器或類似裝置)光學連接在一起。該隔離允許以低功率操作主振蕩器221，并且允許以高功率操作放大器230，從而保護主振蕩器221的部件不受損壞。來自泵浦源220的泵浦功率隨后通過依賴于波長的損耗元件240輸入到級聯(lián)拉曼諧振器260中。CRR 260包括由拉曼輸入光柵組RIG2、一段拉曼激活光纖262和拉曼輸出光柵組R0G2形成的一系列嵌套的拉曼腔體264。圖4示出級聯(lián)拉曼諧振器260的更詳細的圖。如圖3中所示，拉曼輸入光柵組RIG2 包括高反射器件HR21-HR25，R0G2包括高反射器件HR26-HR30和輸出耦合器0C21。RIG2中的光柵HR21-HR25和R0G2中的對應光柵HR27-HR30和0C21形成一系列嵌套的波長匹配光柵對，這些光柵對產生具有對應于斯托克斯頻移的波長的一系列嵌套的激光腔體，從而產生從泵浦功率的輸入波長到期望的輸出波長的逐步轉換。圖5A-圖5B示出基于圖3和圖4中所示的MOPA配置的測試裝置300的圖，測試裝置300被用于測量將RIG添加到高功率Yb光纖激光器系統(tǒng)的影響。測試裝置300包括主振蕩器320 (圖5A)和功率放大器340 (圖5B)。長周期光柵LPG3連接到放大器340的輸
出ο為了表征該測試裝置的性能，將三組功率計和光譜分析器PM31 /0SA31、PM32/ 0SA32、PM33/0SA33連接到測試裝置300中。第一組PM/0SA31連接到系統(tǒng)輸出。第二和第三組PM32/0SA32和PM33/0SA33連接到1117/1480分接WDM (tap WDM) 330，以分別測量振蕩器320和放大器340之間的前向和反向傳播。如圖5A中所示，使用耦合器C32將PM32/0SA32連接到分接WDM 330，耦合器C32 將10%的輸入光引導到0SA32并且將90%的輸入光引導到PM32。使用耦合器C33將PM33/ 0SA33連接到分接WDM 330，耦合器C33將1 %的輸入光引導到0SA33，并且將99 %的輸入光引導到PM33。為了分析RIG3對系統(tǒng)300的影響，首先在不將RIG3連接到該系統(tǒng)中的情況下進行測量。再在LPG3和PM31/0SA31之間連接RIG3的情況下進行進一步的測量。圖6A-圖 6D是這些測量的一系列曲線圖410-440。圖6A是在增加放大器電流的水平(A)時在第三功率計PM33處獲得的功率測量結果(mW)的曲線圖410。軌跡411示出在不將RIG3連接到該系統(tǒng)中的情況下獲得的測量結果，軌跡412示出在將RIG3連接到該系統(tǒng)中的情況下獲得的測量結果。圖6B是在增加放大器電流的水平(A)時在第一功率計PM31處獲得的功率測量結果(mW)的曲線圖420。軌跡421示出在不將RIG3連接到該系統(tǒng)中的情況下獲得的測量結果，軌跡422示出在將RIG3連接到該系統(tǒng)中的情況下獲得的測量結果。圖6C和圖6D是分別在第三和第二光譜分析器0SA33和0SA32處產生的譜曲線圖 430和440，其示出在將RIG3連接在該系統(tǒng)中的情況下功率(dB)和波長(nm)之間的關系。 譜431和441是在放大器驅動電流為OA時產生的；譜432和442是在IOA時產生的；譜433 和443是在20A時產生的；譜434和444是在30A時產生的。如圖6A中的軌跡411和圖6B中的軌跡421所示，在沒有RIG3的情況下，％放大器的輸出功率僅被可利用的泵浦電流限制。可以觀察到非常小的反向傳播功率，并且調高放大器電流對振蕩器譜(未示出)沒有可測量的影響。因此，在沒有RIG3的情況下，當放大器電流從OA增加到大約45A時，輸出功率一般連續(xù)增加。然而，當將RIG3添加到系統(tǒng)輸出時，該情況發(fā)生實質性變化。如圖6A中的軌跡412 所示，當泵浦電流為25-30A時，反向傳播的功率向上激增，在30A時達到大約300mW。如圖 6B中的軌跡422所示，當放大器電流達到30A時，輸出功率存在實質下降。從圖6C中的譜431-434可以看到，圖6A中所示的功率尖峰對應于1175nm的反向傳播分量的大幅增加。在圖6D中所示的前向傳播的振蕩器譜441-444中還可觀察到對于第二斯托克斯階的級聯(lián)激光發(fā)射。觀察到的其它效應包括放大器錐形光纖束中超過30°C的大幅溫度增加。從這些結果可以得出，即使RIG不直接反射來自％激光器的1117nm的光，但是在高泵浦功率時可出現(xiàn)1175nm的第一斯托克斯頻移的光的反向激光發(fā)射。該反向傳播的 1175nm的光本質上限制了在仍保持％振蕩器的穩(wěn)定操作時可從該放大器獲得的輸出功率的量。因此，如上面關于圖2和圖3描述的，為了克服該限制，將依賴于波長的損耗元件 (例如圖2中的濾波器140和圖3中的濾波器M0)連接到該系統(tǒng)中，使得它在級聯(lián)拉曼諧振器260之前。根據本發(fā)明的一方面，該依賴于波長的損耗元件包括在泵浦源和級聯(lián)拉曼諧振器之間的分立元件。根據本發(fā)明的另一方面，該依賴于波長的損耗元件包括其它結構類型。例如，在本發(fā)明的一種實踐方式中，該依賴于波長的損耗元件包括在第一斯托克斯頻移下具有高損耗的濾波器光纖。在圖2和圖3中示出長周期光柵(LPG)，但是也可以使用其它依賴于波長的濾波器，如傾斜光纖布拉格光柵、熔合光纖WDM、適當摻雜的衰減光纖等。理論上，還可以使用 光學隔離器。然而，當前商業(yè)上可獲得的隔離器不能處理所需的功率水平，并且可能在Yb激光波長下引入不可接受的損耗。如上所述，另一可能的濾波是在Yb放大器光纖232中或者在將泵浦源220連接到拉曼諧振器260的光纖中使用凹陷包層折射率分布，以用于長波長的基模截止。這樣，例如 Yb放大器光纖232將在1175nm具有高損耗而在1117nm具有低損耗。該損耗濾波器的關鍵點它在與RIG中使用的第一斯托克斯波長相同的波長下具有高損耗，并且它在Yb激光波長下具有低損耗。在所描述的系統(tǒng)中，長周期光柵(LPG)是使用熔合接合器的電弧加工的，但是也可以使用其它技術。LPG被設計用于通過相位匹配在光纖的兩個不同的模式之間提供耦合。圖7是示出所測得的LPG插入損耗的曲線圖450。如軌跡451所示的，可以看出在 1175nm具有大約20dB的損耗，而在1117nm具有小于0. IdB的損耗。已經觀察到，當LPG在適當位置時，與放大器斷開時測得的譜相比，放大器可被調整為針對全功率，而在觀測到的振蕩器譜中沒有變化。此外，當將LPG插入該系統(tǒng)中時，沒有觀測到反向傳播功率的尖峰。 該實驗確認了將RIG反射器與Yb光纖激光器系統(tǒng)隔離以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的的重要性。本發(fā)明的另一方面涉及用于調整到更高輸出功率的另外的系統(tǒng)和技術。已經發(fā)現(xiàn)，與RIG中的反射器匹配的窄帶寬LPG非常適用于增加反向斯托克斯激光發(fā)射的閾值。然而，當拉曼激光器的輸出功率增加到超過一定水平時，窄帶寬LPG不再勝任，并且再次觀察到反向的斯托克斯激光發(fā)射。圖8A-圖8B示出用于測試較高功率下的反向斯托克斯激光發(fā)射和脈動的測試裝置500。裝置500包括包層泵浦光纖激光器(CPFL) 520和放大器530，它們向級聯(lián)拉曼諧振器560提供泵浦功率。波長選擇損耗元件540連接在放大器530和CRR 560之間。使用(1)連接到CRR 560的輸出的光譜分析器0SA51和功率計PM51 ；⑵耦合到分接WDM 525以測量前向傳播的輻射的光譜分析器0SA52與快速光電二極管和示波器531 ；
(3)耦合到分接WDM525以測量反向傳播的輻射的光譜分析器0SA53與功率計PM52；以及
(4)連接到CPFL520的輸入的功率計PM53獲得測量結果。為了最初一組測量結果，使用具有6 μ m模場直徑(MFD)的摻Yb光纖構造振蕩器和放大器。圖9A是示出反向傳播的功率作為1480nm輸出功率的函數的曲線圖610。軌跡611 示出在PM52，即通過分接WDM 525的反向傳播的功率；軌跡612示出在PM53，即通過主振蕩器520的反向傳播的功率；軌跡613示出總的反向傳播功率。圖9B是示出在快速光電二極管和示波器531處針對不同的CPFL輸出功率獲得的振蕩器時間軌跡的曲線圖620。時間軌跡621是在44W下獲得的；時間軌跡622是在55W下獲得的；時間軌跡623是在58W下獲得的。如圖9A和圖9B中所示，當1480nm的輸出功率為58W左右時，可以看到反向斯托克斯激光發(fā)射的兩個獨特的特征。首先，如圖9A中所示，反向傳播的功率開始迅速增加。其次，如圖9B中所示，Yb振蕩器在時間軌跡中開始顯示脈動行為。所以盡管在相對高的功率之下反向的激光發(fā)射被抑制，但是在某一點，窄帶寬LPG不再勝任。因此，本發(fā)明的另一方面涉及允許調整到更高功率的設計修正。因為在1175nm存在來自％的一定量的離子增益，所以調整％激光器的模場直徑不會立即明顯地增加反向激光發(fā)射的閾值。然而，實際上，在％功率放大器中在1175nm存在拉曼增益和離子增益的組合。因此，使用具有Ilym的增大的模場直徑(MFD)的摻％雙包層光纖實現(xiàn)功率放大器。 盡管該MFD對于摻％光纖來說相對較大，但是它仍支持單模操作。因此，反向激光發(fā)射閾值被最大化，同時保持基模傳播。圖9C和圖9D示出包層泵浦光纖激光器(CPFL)和級聯(lián)拉曼諧振器(CRR)的輸出功率，其中使用26m的具有Ilym MFD的％放大器光纖構造MOPA泵浦源。在觀察到反向斯托克斯激光發(fā)射之前，1480nm的輸出功率增加到73W。該結果與使用6 μ m MFD直徑的放大器光纖的系統(tǒng)相比更有利，在使用6μπι MFD直徑的放大器光纖的系統(tǒng)中，在觀察到反向激光發(fā)射之前在1480nm實現(xiàn)了 58W的功率輸出。注意，在圖9C和圖9D中，作為輸出功率的函數的反向傳播功率圖還顯示在大約70-75W輸出功率下反向傳播功率迅速增加。在該功率，振蕩器時間軌跡(未示出)還顯示時間脈動的表示。調整到更高的功率需要進一步增加反向斯托克斯激光發(fā)射的閾值。通過更好的 LPG濾波器可以獲得顯著的改進。拉曼腔體中的激光發(fā)射線通過非線性過程顯著展寬，并且實際上來自中間斯托克斯階的輸出輻射比FBG高反射器件展寬更多。圖10是比較最大拉曼輸出功率為78W時的LPG插入損耗(軌跡651)與反向傳播斯托克斯波長的譜(軌跡652)的曲線圖650。LPG的IOdB帶寬僅為2nm，而1175nm峰的 IOdB帶寬大于lOnm。實際上，反向傳播的輻射在1176nm達到峰值，偏離LPG損耗峰。因此， 盡管窄濾波器對抑制來自RIG 1175nm HR的反射有效，但是為了抑制來自拉曼腔體的HR附近泄露的輻射，需要更寬濾波器。圖11是根據在此描述的本發(fā)明的各方面的總體技術700的流程圖?？?01 使用泵浦源在源波長下提供泵浦功率?？?02 將泵浦功率發(fā)送到級聯(lián)拉曼諧振器中，該泵浦功率作為輸入被發(fā)送到該級聯(lián)拉曼諧振器中，其中該級聯(lián)拉曼諧振器包括定義一系列嵌套拉曼腔體的輸入和輸出光柵組，該系列嵌套拉曼腔體在泵浦功率輸入中產生第一斯托克斯頻移，之后產生一系列高階斯托克斯頻移，從而提供從源波長到輸出波長的逐步轉換。框703 將依賴于波長的損耗元件連接在泵浦源和級聯(lián)拉曼諧振器之間?？?04:將該依賴于波長的損耗元件配置為以低損耗在源波長下傳送光功率，并且在第一斯托克斯頻移下提供高損耗，從而該依賴于波長的損耗元件防止光功率在泵浦源和級聯(lián)拉曼諧振器之間累積，從而防止光功率反向傳播回泵浦源中。注意，所述拉曼增益帶寬是相當大的，并且所述反射器可以位于所述增益帶寬內的任何位置，而不必在所述增益的峰值處。上述系統(tǒng)和技術可適用于許多其它情況，包括但不限于線性和環(huán)型拉曼諧振器； 拉曼放大器結構；包括第二泵浦的雙泵浦系統(tǒng)，所述第二泵浦不與任何一個拉曼腔體諧振， 但是仍在所述拉曼增益帶寬內；撞擊倍頻晶體(窄線寬的偏振輸出對其有益)；例如在參數系統(tǒng)中使用的脈沖或調制的操作等等。對于拉曼放大器要指出的是，它們的結構除了放大器的拉曼腔體被構造為沒有最后的斯托克斯頻移和輸出耦合器以外，典型地類似于拉曼激光器的結構。此外，還將種子激光在最后的斯托克斯頻移下耦合到拉曼腔體中。可以將來自種子源的種子輸入在不同的位置注入到放大器中。該種子激光控制多個放大器性質，例如偏振輸出、窄線寬、可調諧性等寸。 盡管以上描述包括使本領域技術人員能夠實現(xiàn)本發(fā)明的細節(jié)，但是應該認識到， 該描述本質上是說明性的，并且對于受益于這些教導的本領域技術人員來說，對以上描述的許多修改及變化是顯而易見的。因此，希望本文中的 發(fā)明僅由所附權利要求限定，并且應該按照現(xiàn)有技術所允許的那樣寬泛地解釋該權利要求。
權利要求
1.一種光放大系統(tǒng)，包括 泵浦源，在源波長下提供泵浦功率；級聯(lián)拉曼諧振器，所述泵浦功率作為輸入發(fā)送到所述級聯(lián)拉曼諧振器中，其中所述級聯(lián)拉曼諧振器包括用于在所述泵浦功率中產生第一斯托克斯頻移的一個或多個的嵌套拉曼腔體，從而提供從所述源波長到輸出波長的逐步轉換；以及位于所述級聯(lián)拉曼諧振器之前的依賴于波長的損耗元件，其中所述依賴于波長的損耗元件被配置為以低損耗在所述源波長下傳送光功率，并且在近似等于所述拉曼諧振器中的第一斯托克斯頻移反射器的波長的波長下提供高損耗， 從而所述依賴于波長的損耗元件減小反向傳播回所述泵浦源中的光功率。
2.根據權利要求1所述的光放大系統(tǒng)，其中由拉曼輸入光柵組和拉曼輸出光柵組提供所述嵌套拉曼腔體。
3.根據權利要求1所述的光放大系統(tǒng)，其中由WDM環(huán)路鏡提供所述嵌套拉曼腔體。
4.根據權利要求1所述的光放大系統(tǒng)，其中所述依賴于波長的損耗元件包括在所述泵浦源和所述級聯(lián)拉曼諧振器之間的分立部件。
5.根據權利要求4所述的光放大系統(tǒng)，其中所述依賴于波長的損耗元件包括長周期光柵。
6.根據權利要求5所述的光放大系統(tǒng)，其中所述長周期光柵具有窄帶寬和與所述級聯(lián)拉曼諧振器中的第一輸入光柵的波長匹配的中心波長。
7.根據權利要求5所述的光放大系統(tǒng)，其中所述波長選擇損耗元件包括長周期光柵， 該長周期光柵具有足夠寬從而抑制在高階斯托克斯頻移下的輻射、同時在所述泵浦波長下保持低損耗的帶寬。
8.根據權利要求7所述的光放大系統(tǒng)，其中所述長周期光柵的IOdB帶寬大于lOnm。
9.根據權利要求4所述的光放大系統(tǒng)，其中所述依賴于波長的損耗元件包括傾斜光纖布拉格光柵。
10.根據權利要求4所述的光放大系統(tǒng)，其中所述依賴于波長的損耗元件包括熔合光纖波分復用器。
11.根據權利要求2所述的光放大系統(tǒng)，其中所述依賴于波長的損耗元件包括基模截止光纖。
12.根據權利要求1所述的光放大系統(tǒng)，其中所述依賴于波長的損耗元件包括在所述第一斯托克斯頻移下具有高損耗的濾波器光纖。
13.根據權利要求1所述的光放大系統(tǒng)，其中所述泵浦源被配置為主振蕩器功率放大ο
14.根據權利要求13所述的光放大系統(tǒng)，其中所述功率放大器包括雙包層光纖，所述雙包層光纖具有使反向激光發(fā)射閾值最大化同時支持單模操作的模場直徑。
15.根據權利要求14所述的光放大系統(tǒng)，其中所述功率放射器包括具有Ilym的模場直徑的摻％雙包層光纖。
16.根據權利要求13所述的光放大系統(tǒng)，其中所述功率放大器包括雙包層光纖，所述雙包層光纖具有使反向激光發(fā)射閾值最大化、同時支持基模和高階模傳播的模場直徑。
17.一種光放大方法，包括(a)使用泵浦源在源波長下提供泵浦功率；(b)將泵浦光功率發(fā)送到級聯(lián)拉曼諧振器中，其中所述級聯(lián)拉曼諧振器包括用于在所述泵浦功率輸入中產生第一斯托克斯頻移的一個或多個的拉曼腔體，從而提供從所述源波長到輸出波長的逐步轉換，其中在所述第一斯托克斯頻移之后有一系列高階斯托克斯頻移；(c)連接依賴于波長的損耗元件使得該依賴于波長的損耗元件位于所述級聯(lián)拉曼諧振器之前；以及(d)將所述依賴于波長的損耗元件配置為以低損耗在所述源波長下傳送光功率，并且在所述第一斯托克斯頻移下提供高損耗，從而所述依賴于波長的損耗元件防止在所述泵浦源和所述級聯(lián)拉曼諧振器之間累積光功率，由此防止光功率反向傳播回所述泵浦源中。
18.根據權利要求17所述的方法，其中由拉曼輸入光柵組和拉曼輸出光柵組提供所述嵌套拉曼腔體。
19.根據權利要求17所述的方法，其中由WDM環(huán)路鏡提供所述嵌套拉曼腔體。
20.根據權利要求17所述的方法，其中所述依賴于波長的損耗元件包括在所述泵浦源和所述級聯(lián)拉曼諧振器之間的分立部件。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述依賴于波長的損耗元件包括長周期光柵。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述長周期光柵具有與所述級聯(lián)拉曼諧振器中的第一輸入光柵匹配的窄帶寬。
23.根據權利要求21所述的方法，其中所述波長選擇損耗元件包括長周期光柵，該長周期光柵具有足夠寬的帶寬，從而抑制在高階斯托克斯頻移下的輻射，同時在所述泵浦波長下保持低損耗。
24.根據權利要求23所述的方法，其中所述長周期光柵的IOdB帶寬大于lOnm。
25.根據權利要求20所述的方法，其中所述依賴于波長的損耗元件包括傾斜光纖布拉格光柵。
26.根據權利要求20所述的方法，其中所述依賴于波長的損耗元件包括熔合光纖波分見用器。
27.根據權利要求17所述的方法，其中所述依賴于波長的損耗元件包括基模截止光纖。
28.根據權利要求17所述的方法，其中所述依賴于波長的損耗元件包括在所述第一斯托克斯頻移下具有高損耗的濾波器光纖。
29.根據權利要求17所述的方法，其中所述泵浦源被配置為主振蕩器功率放大器。
30.根據權利要求29所述的方法，其中所述功率放大器包括雙包層光纖，所述雙包層光纖具有使反向激光發(fā)射閾值最大化同時支持單模操作的模場直徑。
31.根據權利要求30所述的方法，其中所述功率放大器包括具有Ilym的模場直徑的摻Yb雙包層光纖。
32.根據權利要求29所述的方法，其中所述功率放大器包括雙包層光纖，所述雙包層光纖具有使反向激光發(fā)射閾值最大化、同時支持基模和高階模傳播的模場直徑。
全文摘要
在光放大系統(tǒng)和技術中，泵浦源在源波長下提供泵浦功率。該泵浦功率作為輸入進入到級聯(lián)拉曼諧振器中。依賴于波長的損耗元件被連接成使得它在級聯(lián)拉曼諧振器之前。該依賴于波長的損耗元件被配置為以低損耗在源波長下傳送光功率，并且在第一斯托克斯頻移下提供高損耗。該依賴于波長的損耗元件防止在泵浦源和級聯(lián)拉曼諧振器之間累積光功率，從而防止光功率反向傳播回泵浦源中。
文檔編號H04B10/12GK102449936SQ201080010153
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月11日
發(fā)明者J·W·尼科爾森 申請人:Ofs菲特爾有限責任公司