高功率光纤放大器是基于光纤介质实现光信号功率放大的设备,输出功率通常达瓦级及以上,广泛应用于激光加工、光通信、激光雷达等领域。
高功率光纤放大器主要基于种子源主振荡放大技术(MOPA),采用高光束质量、小功率的固体或光纤激光器为种子光源,双包层光纤为放大器。通过将信号光耦合进光纤纤芯,将抽运光耦合进光纤内包层,抽运光在光纤内传输过程中被掺杂离子吸收,形成粒子数反转以实现增益。信号光通过纤芯时,激发态上的粒子在外来信号光的作用下产生受激辐射,这种辐射叠加到外来信号光上而得到放大,获得高功率、光束质量好的放大激光输出。
工作原理
采用稀土掺杂光纤(如掺铒、掺镱光纤)作为增益介质,通过泵浦光源(多为半导体激光器)向光纤注入能量,使掺杂离子从基态跃迁至激发态。
激发态离子受入射信号光激励产生受激辐射,释放与信号光同频率、同相位的光子,实现信号光功率放大。
配备光隔离器、光耦合器等组件,避免反射光干扰,保障放大过程稳定。
核心结构
种子源:提供高光束质量、小功率的初始光信号,是放大过程的起点。
抽运源:为放大过程提供能量,通常采用高功率的激光二极管。
增益介质光纤:采用双包层光纤结构,纤芯中掺杂稀土离子(如铒、镱等),是信号放大的核心区域。
光隔离器:防止放大系统中产生的反向自发辐射(ASE)光进入种子源,影响其正常工作。
耦合系统:将信号光和抽运光分别耦合进光纤纤芯和内包层,确保有效的光传输和放大。