双向分布式侧面抽运单模光纤放大器的实验研究
【图文】：
矫婢哂薪洗蟮挠攀啤?目前，千瓦级DSCCP光纤激光器已有报道［18］，但是，相关报道多采用大模场光纤(纤芯直径20～30μm)作为增益光纤，抽运方式多采用单向抽运。相比之下，，纤芯较小(直径小于15μm)的增益光纤有利于激光器的模式控制。同时，采用双向抽运方案也可以充分利用DSCCP光纤功率拓展的优势。因此，本文利用纤芯直径为10μm的DSCCP单模增益光纤建立了光纤放大器，并对该放大器的输出特性进行了实验研究，获得了最高输出功率106．7W的单模激光输出，斜率效率约为51%。2实验研究该光纤放大器采用MOPA结构。其结构如图1所示。种子光经隔离器后注入放大器，放大器采用双向抽运方式，抽运光从DSCCP掺镱光纤(YDF)抽运光纤的两端注入。种子光由输出波长为1064．5nm的振荡器提供。该振荡器采用功率为25W的半导体激光器(LD)作为抽运源。增益光纤为10/125μm(纤芯/包层直径)的掺镱光纤，长度约为6m，吸收系数约为3．5dB/m，输出光谱3dB带宽为0．2nm。隔离器的输入输出光纤均为10/125μm的光纤。振荡器的输出功率设定为10W。与传统采用大模场光纤搭建的放大器不同，该放大器中抽运光与信号光分别注入。因为所采用的抽运合束器没有信号光纤，所以不会像传统(N+1)×1合束器一样存在对信号光的损耗，进而不会影响放大器的输出特性。图1双端侧面抽运光纤放大器结构图Fig．1Schematicofbidirectionalside-pumpedfiberamplifier放大器采用国产10/125-125μm的DSCCP掺镱光纤作为增益光纤，其截面如图1中所示。抽运光纤与信号光纤外包层直径均为125μm，数值孔径(NA)均为0．46。该放大器的抽运源由4个LD组成。前向抽运源由2个60W的非稳波长(NWS)LD组成，后向抽运源由2个50W的稳波长(WS)LD组成，其功率和光谱如图2所示。LD输出光纤的NA均为0．15。抽运光通过一个
53，070602(2016)激光与光电子学进展www．opticsjournal．net图2抽运LD(a)功率及中心波长随电流变化曲线和(b)光谱特性Fig．2(a)Outputpowerandcentralwavelengthversuscurrentand(b)spectrumofpumpLDs用双向抽运的情况进行了研究。首先研究了前向抽运情况下放大器的输出特性，其结果如图3所示。实验中测得放大器信号光纤中输出光经二色镜后的信号光ST最大输出功率为71．5W，整体斜率效率为53%;残余抽运光SＲ的输出功率为2．2W，斜率效率为1．7%;抽运光纤中残余的抽运光P的输出功率为10．6W，斜率效率为8．9%。从图3中可以看到，随着抽运光功率的增加，信号光的增长速度越来越快。这主要是因为抽运光的中心波长随着功率增加向Yb3+吸收截面峰值处漂移所致［19］。在实验过程中，放大器的斜率效率并没有出现下降趋势，说明限制放大器功率提升的主要因素是抽运功率不足，如果继续增加抽运功率，输出信号光功率还可以进一步提升。同时还发现，抽运光纤中抽运光残余较多，说明光纤长度可以进一步优化。图3前向抽运光纤放大器(a)功率变化曲线及(b)输出光谱Fig．3(a)Outputpowerversuspumppowerand(b)outputspectrumoffiberamplifierwithforwardpumpingscheme图4后向抽运光纤放大器功率变化曲线Fig．4Outputpowerversuspumppoweroffiberamplifierwithbackwardpumpingscheme对采用后向抽运方案的放大器输出特性进行了研究。此时作为抽运源的是2个50W的稳波长LD。实验中得到的放大器功率曲线如图4所示。从图中可以看出，经二色镜后，信号光ST输出功率为56．8W，斜率效率为59%;剩余抽运光SＲ的输出功率为2．4W，斜率效率为2．1%;抽运光纤中抽运光P的输出功率剩余7．2W，斜率效率为7．3%。实验表明，后向抽运方案对应的斜率效率比前向抽运略
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