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CN102449936A - 用于在高功率级联拉曼光纤激光器中抑制反向激光发射的系统和技术 - Google Patents

用于在高功率级联拉曼光纤激光器中抑制反向激光发射的系统和技术 Download PDF

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CN102449936A
CN102449936A CN2010800101534A CN201080010153A CN102449936A CN 102449936 A CN102449936 A CN 102449936A CN 2010800101534 A CN2010800101534 A CN 2010800101534A CN 201080010153 A CN201080010153 A CN 201080010153A CN 102449936 A CN102449936 A CN 102449936A
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J·W·尼科尔森
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OFS Fitel LLC
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Abstract

在光放大系统和技术中，泵浦源在源波长下提供泵浦功率。该泵浦功率作为输入进入到级联拉曼谐振器中。依赖于波长的损耗元件被连接成使得它在级联拉曼谐振器之前。该依赖于波长的损耗元件被配置为以低损耗在源波长下传送光功率，并且在第一斯托克斯频移下提供高损耗。该依赖于波长的损耗元件防止在泵浦源和级联拉曼谐振器之间累积光功率，从而防止光功率反向传播回泵浦源中。

Description

用于在高功率级联拉曼光纤激光器中抑制反向激光发射的系统和技术
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年5月11日提交的61/177058号美国临时专利申请的优先权，该临时申请由本申请的受让人拥有，并且其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明总体上涉及光纤装置和方法，并且更具体地，涉及用于在高功率级联拉曼光纤激光器中抑制反向激光发射的改进系统和技术。
背景技术
光纤中的受激拉曼散射是可用于在稀土掺杂光纤不工作的波长区域提供非线性增益的有用效应。包层泵浦的掺Yb光纤可用作将915nm或975nm的高功率多模二极管转换为1.0至1.2微米区域内的单模辐射的亮度转换器。然后可将其用于泵浦级联拉曼谐振器，以通过使用多个斯托克斯频移在宽的范围上改变Yb激光器的输出波长。通过这种方式，可以产生例如1480nm的高功率单模辐射，然后可将该辐射用于以基模泵浦高功率掺铒光纤放大器。J.C.Jasapara、M.J.Andrejco、A.D.Yablon、J.W.Nicholson、C.Headley和D.DiGiovanni在Opt Lett.32，2429-2431(2007)的″Picosecond Pulse  Amplification in aCore-Pumped Large-Mode-Area Erbium Fiber″中描述了该技术，该文献的全部内容通过引用包含于此。
图1示出了示例性的40W 1480nm的系统20的图，其中使用掺Yb光纤激光器泵浦级联拉曼谐振器。多个多模915或975nm二极管激光通过锥形光纤束(TFB)结合并输入到双包层掺Yb光纤中。所述双包层掺Yb光纤在单模纤芯中引导信号光，并且在内包层中引导泵浦光。光纤布拉格光栅在Yb光纤激光谐振器中形成高反射器件(HR)和输出耦合器(OC)。
Yb光纤激光器的输出被输入到拉曼光纤谐振器中。拉曼光纤包括具有正常色散的小有效面积。正常色散防止调制不稳定性，调制不稳定性会在高功率时导致超连续谱产生。小有效面积导致高拉曼增益，并且因此可以在级联拉曼谐振器(CRR)中产生多个高阶斯托克斯频移，其中由在波长上通过拉曼斯托克斯频移分开的多个光纤布拉格光栅构造多个谐振器。在最终期望的斯托克斯频移下的输出耦合器将辐射耦合出该光纤，并且附加的泵浦反射器重复利用未使用的Yb辐射，以增加效率。注意，图1中给出的波长仅是用于说明的目的，并且所使用的确切波长取决于最终期望的波长。
图1中示意性的不同波长和位置处的多个反射器结合产生耦合的腔体。例如，注意，拉曼输入光栅(RIG)组具有1175nm的高反射器件，1175nm是1117nm的第一斯托克斯频移。尽管该反射器件意图在拉曼光纤内提供1175nm的辐射环流(circuilation)，但是如果1117nm的功率变得足够高，那么因为1175nm的辐射在相对于1117nm辐射的Yb离子增益和拉曼增益的带宽内，该反射器还可以在双层掺Yb光纤内引起1175nm的激光发射。这种1175nm的反向激光发射则可能使掺Yb光纤激光器不稳定。最终，它可能引起可导致部件失效的激光器的脉动。
发明内容
本发明解决了现有技术的这些和其它问题，本发明的一方面提供了一种抑制反向激光发射的光放大系统和技术。
根据本发明的一种实践方式，泵浦源在源波长下提供泵浦功率。该泵浦功率作为输入进入到级联拉曼谐振器中。将依赖于波长的损耗元件连接成使得它在级联拉曼谐振器之前。该依赖于波长的损耗元件被配置为以低损耗在源波长下传送光功率，并且在第一斯托克斯频移下提供高损耗。该依赖于波长的损耗元件防止在泵浦源和级联拉曼谐振器之间累积光功率，从而防止光功率反向传播回泵浦源中。
本发明的另一方面涉及用于通过使用具有较大模场(modefield)直径的放大器光纤和具有较宽带宽的依赖于波长的损耗元件来调整(scaling)到较高功率的系统和技术。
附图说明
图1是根据现有技术的级联拉曼谐振器的图。
图2是根据本发明第一方面的系统的总体图。
图3是包含图2中所示的系统的整体结构的示例性系统的图。
图4是图3中所示系统中的级联拉曼谐振器的更详细的图。
图5A-图5B示出基于图3和图4中所示的MOPA配置的测试装置的图。
图6A-图6D是使用图5A-图5B中所示的测试装置取得的一系列测量曲线图。
图7是示出在图5A-图5B中示出的测试装置中使用的长周期光栅的测得的插入损耗的曲线图。
图8A-图8B示出用于测试在较高功率下的反向斯托克斯激光发射和脉动的测试装置。
图9A是示出作为1480nm输出功率的函数的反向传播功率的曲线，图9B是示出图8A-图8B中所示的测试装置对于不同输出功率的振荡器时间轨迹的曲线图。
图9C和图9D示出图8A-图8B中所示的测试装置的包层泵浦光纤激光器和级联拉曼谐振器的输出功率。
图10是比较LPG插入损耗与最大拉曼输出功率为78W时反向传播的斯托克斯波长的谱的曲线图。
图11是根据所描述的本发明各方面的一般技术的流程图。
具体实施方式
本发明的一方面提供用于在高功率级联拉曼光纤激光器中抑制反向激光发射的系统和技术。如本文中描述的，通过识别指出反向激光发射开始的标志(signature)来实现对反向激光发射的抑制。识别这些标志是非常有效的技术。由反向激光发射引起的时间干扰可导致脉动，所述脉动可能在较高功率时损坏部件。
本发明的另一方面提供一种拉曼激光发射系统，其中依赖于波长的损耗元件被用于通过抑制在第一斯托克斯频移下的辐射累积消除来自级联拉曼谐振器的反向激光发射。当根据现有技术的系统(如上面讨论的图1的系统)以较高的功率工作时，该辐射累积和反向激光发射在外部装置连接时可导致例如泵浦激光器的高反射器件(HR)失效。根据本发明的一个方面，使用连接在Yb系统和拉曼激光器之间的适当的基于光纤的损耗元件来显著地提高系统的稳定性。
根据本发明的另一方面，在拉曼激光发射系统中使用大模场直径(MFD)光纤来增加拉曼阈值。大MFD光纤与波长选择滤波相结合以减小潜在的反馈源。
应该指出，可以用其它方式解决上述与反向激光发射有关的问题。在一个另选方案中，结合Yb放大器光纤使用凹陷包层W形折射率分布来实现在第一斯托克斯频移下产生高损耗并且在放大器输出产生低损耗的基模截止。在2009年5月11日提交的61/177058号美国临时专利申请中描述了该方法，该临时申请由本申请的受让人拥有，并且其全部内容通过引用包含于此。
图2示出了根据本发明的系统100的总体图，系统100包括拉曼泵浦源120，所述拉曼泵浦源120将泵浦功率通过波长选择损耗元件140输入到级联拉曼谐振器(CRR)160中，以在期望的波长下产生系统输出180。
可以使用多个不同的结构来实现泵浦源120，所述结构包括如图1中所示的单振荡器配置和下面讨论的主振荡器功率放大器(MOPA)配置。泵浦源120以指定的波长提供泵浦功率121，在本示例中所述波长是1117nm。
泵浦功率121在它作为泵浦功率输入到CRR 160中之前通过损耗元件140。如下面更详细讨论的，波长敏感型损耗元件140在该泵浦波长下具有低损耗，而在第一斯托克斯频移下具有高损耗。
CRR 160包括一段拉曼激活光纤162、拉曼输入光栅组RIG1和拉曼输入光栅组ROG1，它们一起形成一系列嵌套的激光腔体164。当光传播通过所述嵌套的激光腔体164时，它经历一系列的斯托克斯频移，从而产生具有期望波长的系统输出180。本领域技术人员已知：可以使用另选结构和波长选择元件构造拉曼谐振器，例如使用熔合光纤WDM耦合器或薄膜光纤以构造WDM环路镜。还应理解，CRR可以以线性腔体配置或者配置为单向环腔体或双向环腔体。还应理解，CRR可被配置成作为激光器工作，也可以通过去除最后一组反射器并替代地以最后的波长将信号注入到CRR中而将CRR配置成作为放大器工作。本讨论仅仅是出于说明的目的而集中在使用布拉格光栅反射器构造的线性谐振器，并且不改变抑制光从CRR 160反向传播到泵浦源120的基本特征。
通过使用波长敏感型损耗元件140抑制在第一斯托克斯频移下的辐射积累，波长选择损耗元件140基本消除了在第一斯托克斯频移下的反向激光发射，波长敏感型损耗元件140被配置为对第一斯托克斯阶的光具有高损耗，而对泵浦输入光保持低损耗。这样，拉曼输入光栅组RIG1对掺Yb激光系统变为不可见，同时对拉曼激光提供高反射性。
在本示例中，由长周期光栅LPG1提供损耗元件140。长周期光栅是依赖于波长的装置，它将特定波长的光从引导的模式耦合到高阶包层模式，在高阶包层模式中光由于吸收和散射而损耗。
在本示例中，LPG1被配置为以很小的损耗或者无损耗地在泵浦波长(即1117nm)下传送光。光栅LPG1还被配置为在第一斯托克斯频移(即1175nm)提供高损耗。
当1117nm的泵浦功率输入作为输入进入CRR 160时，它经历一个或多个斯托克斯频移，第一斯托克斯频移在1175nm。从图2看出，所有在泵浦源120和CRR 160之间传播的光都通过损耗元件140。因为损耗元件140被配置为在第一斯托克斯频移(即1175nm)提供高损耗，所以将看到，1175nm的辐射累积显著减少，并且因此反向传播到泵浦功率源120中的辐射显著减少。
尽管在图2的系统中示出长周期光栅，但是也可以使用其它依赖于波长的装置，例如倾斜光纤布拉格光栅、熔合光纤波分复用器(WDM)、一段基模截止光纤等等。任意这样的装置必须能够处理高功率。原则上，光学隔离器在该应用中也起作用，但是在实践中，利用本技术，不存在能够处理达到从CRR输出高功率所需的高泵浦功率(＞100W)的光纤耦合光学隔离器。
已经发现，具有与RIG中的反射器光栅的波长匹配的中心波长的窄带宽LPG非常适用于增加反向斯托克斯激光发射的阈值。依赖于波长的损耗元件140的宽带操作不是必须的，因为不希望有的反馈来自CRR 160，该反馈具有已知的特定波长响应，即斯托克斯频移。
图3示出包含图2中所示的系统100的整体结构的示例性系统200的图。系统200包括泵浦功率源220、波长敏感型损耗元件240和级联拉曼谐振器260。系统200提供期望波长的高功率输出280，在本示例中该期望波长是1480nm。
使用主振荡器功率放大器(MOPA)配置实现泵浦功率源220，其中放大器组件与振荡器激光器光学隔离。在2009年5月11日提交的61/177058号美国临时专利申请中描述了该配置，该临时申请由本申请的受让人拥有，并且其全部内容通过引用包含于此。
在系统200中，泵浦源220包括主振荡器221和功率放大器230，它们通过将振荡器221与从放大器230或CRR 260反向传播的辐射隔离的适当耦合器225(如波分复用器或类似装置)光学连接在一起。该隔离允许以低功率操作主振荡器221，并且允许以高功率操作放大器230，从而保护主振荡器221的部件不受损坏。
来自泵浦源220的泵浦功率随后通过依赖于波长的损耗元件240输入到级联拉曼谐振器260中。CRR 260包括由拉曼输入光栅组RIG2、一段拉曼激活光纤262和拉曼输出光栅组ROG2形成的一系列嵌套的拉曼腔体264。
图4示出级联拉曼谐振器260的更详细的图。如图3中所示，拉曼输入光栅组RIG2包括高反射器件HR21-HR25，ROG2包括高反射器件HR26-HR30和输出耦合器OC21。RIG2中的光栅HR21-HR25和ROG2中的对应光栅HR27-HR30和OC21形成一系列嵌套的波长匹配光栅对，这些光栅对产生具有对应于斯托克斯频移的波长的一系列嵌套的激光腔体，从而产生从泵浦功率的输入波长到期望的输出波长的逐步转换。
图5A-图5B示出基于图3和图4中所示的MOPA配置的测试装置300的图，测试装置300被用于测量将RIG添加到高功率Yb光纤激光器系统的影响。测试装置300包括主振荡器320(图5A)和功率放大器340(图5B)。长周期光栅LPG3连接到放大器340的输出。
为了表征该测试装置的性能，将三组功率计和光谱分析器PM31/OSA31、PM32/OSA32、PM33/OSA33连接到测试装置300中。第一组PM/OSA31连接到系统输出。第二和第三组PM32/OSA32和PM33/OSA33连接到1117/1480分接WDM(tap WDM)330，以分别测量振荡器320和放大器340之间的前向和反向传播。
如图5A中所示，使用耦合器C32将PM32/OSA32连接到分接WDM 330，耦合器C32将10％的输入光引导到OSA32并且将90％的输入光引导到PM32。使用耦合器C33将PM33/OSA33连接到分接WDM 330，耦合器C33将1％的输入光引导到OSA33，并且将99％的输入光引导到PM33。
为了分析RIG3对系统300的影响，首先在不将RIG3连接到该系统中的情况下进行测量。再在LPG3和PM31/OSA31之间连接RIG3的情况下进行进一步的测量。图6A-图6D是这些测量的一系列曲线图410-440。
图6A是在增加放大器电流的水平(A)时在第三功率计PM33处获得的功率测量结果(mW)的曲线图410。轨迹411示出在不将RIG3连接到该系统中的情况下获得的测量结果，轨迹412示出在将RIG3连接到该系统中的情况下获得的测量结果。
图6B是在增加放大器电流的水平(A)时在第一功率计PM31处获得的功率测量结果(mW)的曲线图420。轨迹421示出在不将RIG3连接到该系统中的情况下获得的测量结果，轨迹422示出在将RIG3连接到该系统中的情况下获得的测量结果。
图6C和图6D是分别在第三和第二光谱分析器OSA33和OSA32处产生的谱曲线图430和440，其示出在将RIG3连接在该系统中的情况下功率(dB)和波长(nm)之间的关系。谱431和441是在放大器驱动电流为0A时产生的；谱432和442是在10A时产生的；谱433和443是在20A时产生的；谱434和444是在30A时产生的。
如图6A中的轨迹411和图6B中的轨迹421所示，在没有RIG3的情况下，Yb放大器的输出功率仅被可利用的泵浦电流限制。可以观察到非常小的反向传播功率，并且调高放大器电流对振荡器谱(未示出)没有可测量的影响。因此，在没有RIG3的情况下，当放大器电流从0A增加到大约45A时，输出功率一般连续增加。
然而，当将RIG3添加到系统输出时，该情况发生实质性变化。如图6A中的轨迹412所示，当泵浦电流为25-30A时，反向传播的功率向上激增，在30A时达到大约300mW。如图6B中的轨迹422所示，当放大器电流达到30A时，输出功率存在实质下降。
从图6C中的谱431-434可以看到，图6A中所示的功率尖峰对应于1175nm的反向传播分量的大幅增加。在图6D中所示的前向传播的振荡器谱441-444中还可观察到对于第二斯托克斯阶的级联激光发射。观察到的其它效应包括放大器锥形光纤束中超过30℃的大幅温度增加。
从这些结果可以得出，即使RIG不直接反射来自Yb激光器的1117nm的光，但是在高泵浦功率时可出现1175nm的第一斯托克斯频移的光的反向激光发射。该反向传播的1175nm的光本质上限制了在仍保持Yb振荡器的稳定操作时可从该放大器获得的输出功率的量。
因此，如上面关于图2和图3描述的，为了克服该限制，将依赖于波长的损耗元件(例如图2中的滤波器140和图3中的滤波器240)连接到该系统中，使得它在级联拉曼谐振器260之前。根据本发明的一方面，该依赖于波长的损耗元件包括在泵浦源和级联拉曼谐振器之间的分立元件。根据本发明的另一方面，该依赖于波长的损耗元件包括其它结构类型。例如，在本发明的一种实践方式中，该依赖于波长的损耗元件包括在第一斯托克斯频移下具有高损耗的滤波器光纤。
在图2和图3中示出长周期光栅(LPG)，但是也可以使用其它依赖于波长的滤波器，如倾斜光纤布拉格光栅、熔合光纤WDM、适当掺杂的衰减光纤等。理论上，还可以使用光学隔离器。然而，当前商业上可获得的隔离器不能处理所需的功率水平，并且可能在Yb激光波长下引入不可接受的损耗。
如上所述，另一可能的滤波是在Yb放大器光纤232中或者在将泵浦源220连接到拉曼谐振器260的光纤中使用凹陷包层折射率分布，以用于长波长的基模截止。这样，例如Yb放大器光纤232将在1175nm具有高损耗而在1117nm具有低损耗。该损耗滤波器的关键点它在与RIG中使用的第一斯托克斯波长相同的波长下具有高损耗，并且它在Yb激光波长下具有低损耗。
在所描述的系统中，长周期光栅(LPG)是使用熔合接合器的电弧加工的，但是也可以使用其它技术。LPG被设计用于通过相位匹配在光纤的两个不同的模式之间提供耦合。
图7是示出所测得的LPG插入损耗的曲线图450。如轨迹451所示的，可以看出在1175nm具有大约20dB的损耗，而在1117nm具有小于0.1dB的损耗。已经观察到，当LPG在适当位置时，与放大器断开时测得的谱相比，放大器可被调整为针对全功率，而在观测到的振荡器谱中没有变化。此外，当将LPG插入该系统中时，没有观测到反向传播功率的尖峰。该实验确认了将RIG反射器与Yb光纤激光器系统隔离以提高系统稳定性的的重要性。
本发明的另一方面涉及用于调整到更高输出功率的另外的系统和技术。已经发现，与RIG中的反射器匹配的窄带宽LPG非常适用于增加反向斯托克斯激光发射的阈值。然而，当拉曼激光器的输出功率增加到超过一定水平时，窄带宽LPG不再胜任，并且再次观察到反向的斯托克斯激光发射。
图8A-图8B示出用于测试较高功率下的反向斯托克斯激光发射和脉动的测试装置500。装置500包括包层泵浦光纤激光器(CPFL)520和放大器530，它们向级联拉曼谐振器560提供泵浦功率。波长选择损耗元件540连接在放大器530和CRR 560之间。
使用(1)连接到CRR 560的输出的光谱分析器OSA51和功率计PM51；(2)耦合到分接WDM 525以测量前向传播的辐射的光谱分析器OSA52与快速光电二极管和示波器531；(3)耦合到分接WDM525以测量反向传播的辐射的光谱分析器OSA53与功率计PM52；以及(4)连接到CPFL 520的输入的功率计PM53获得测量结果。
为了最初一组测量结果，使用具有6μm模场直径(MFD)的掺Yb光纤构造振荡器和放大器。
图9A是示出反向传播的功率作为1480nm输出功率的函数的曲线图610。轨迹611示出在PM52，即通过分接WDM 525的反向传播的功率；轨迹612示出在PM53，即通过主振荡器520的反向传播的功率；轨迹613示出总的反向传播功率。
图9B是示出在快速光电二极管和示波器531处针对不同的CPFL输出功率获得的振荡器时间轨迹的曲线图620。时间轨迹621是在44W下获得的；时间轨迹622是在55W下获得的；时间轨迹623是在58W下获得的。
如图9A和图9B中所示，当1480nm的输出功率为58W左右时，可以看到反向斯托克斯激光发射的两个独特的特征。首先，如图9A中所示，反向传播的功率开始迅速增加。其次，如图9B中所示，Yb振荡器在时间轨迹中开始显示脉动行为。所以尽管在相对高的功率之下反向的激光发射被抑制，但是在某一点，窄带宽LPG不再胜任。
因此，本发明的另一方面涉及允许调整到更高功率的设计修正。因为在1175nm存在来自Yb的一定量的离子增益，所以调整Yb激光器的模场直径不会立即明显地增加反向激光发射的阈值。然而，实际上，在Yb功率放大器中在1175nm存在拉曼增益和离子增益的组合。因此，使用具有11μm的增大的模场直径(MFD)的掺Yb双包层光纤实现功率放大器。尽管该MFD对于掺Yb光纤来说相对较大，但是它仍支持单模操作。因此，反向激光发射阈值被最大化，同时保持基模传播。
图9C和图9D示出包层泵浦光纤激光器(CPFL)和级联拉曼谐振器(CRR)的输出功率，其中使用26m的具有11μm MFD的Yb放大器光纤构造MOPA泵浦源。在观察到反向斯托克斯激光发射之前，1480nm的输出功率增加到73W。该结果与使用6μm MFD直径的放大器光纤的系统相比更有利，在使用6μm MFD直径的放大器光纤的系统中，在观察到反向激光发射之前在1480nm实现了58W的功率输出。注意，在图9C和图9D中，作为输出功率的函数的反向传播功率图还显示在大约70-75W输出功率下反向传播功率迅速增加。在该功率，振荡器时间轨迹(未示出)还显示时间脉动的表示。
调整到更高的功率需要进一步增加反向斯托克斯激光发射的阈值。通过更好的LPG滤波器可以获得显著的改进。拉曼腔体中的激光发射线通过非线性过程显著展宽，并且实际上来自中间斯托克斯阶的输出辐射比FBG高反射器件展宽更多。
图10是比较最大拉曼输出功率为78W时的LPG插入损耗(轨迹651)与反向传播斯托克斯波长的谱(轨迹652)的曲线图650。LPG的10dB带宽仅为2nm，而1175nm峰的10dB带宽大于10nm。实际上，反向传播的辐射在1176nm达到峰值，偏离LPG损耗峰。因此，尽管窄滤波器对抑制来自RIG 1175nm HR的反射有效，但是为了抑制来自拉曼腔体的HR附近泄露的辐射，需要更宽滤波器。
图11是根据在此描述的本发明的各方面的总体技术700的流程图。
框701：使用泵浦源在源波长下提供泵浦功率。
框702：将泵浦功率发送到级联拉曼谐振器中，该泵浦功率作为输入被发送到该级联拉曼谐振器中，其中该级联拉曼谐振器包括定义一系列嵌套拉曼腔体的输入和输出光栅组，该系列嵌套拉曼腔体在泵浦功率输入中产生第一斯托克斯频移，之后产生一系列高阶斯托克斯频移，从而提供从源波长到输出波长的逐步转换。
框703：将依赖于波长的损耗元件连接在泵浦源和级联拉曼谐振器之间。
框704：将该依赖于波长的损耗元件配置为以低损耗在源波长下传送光功率，并且在第一斯托克斯频移下提供高损耗，从而该依赖于波长的损耗元件防止光功率在泵浦源和级联拉曼谐振器之间累积，从而防止光功率反向传播回泵浦源中。
注意，所述拉曼增益带宽是相当大的，并且所述反射器可以位于所述增益带宽内的任何位置，而不必在所述增益的峰值处。
上述系统和技术可适用于许多其它情况，包括但不限于：线性和环型拉曼谐振器；拉曼放大器结构；包括第二泵浦的双泵浦系统，所述第二泵浦不与任何一个拉曼腔体谐振，但是仍在所述拉曼增益带宽内；撞击倍频晶体(窄线宽的偏振输出对其有益)；例如在参数系统中使用的脉冲或调制的操作等等。
对于拉曼放大器要指出的是，它们的结构除了放大器的拉曼腔体被构造为没有最后的斯托克斯频移和输出耦合器以外，典型地类似于拉曼激光器的结构。此外，还将种子激光在最后的斯托克斯频移下耦合到拉曼腔体中。可以将来自种子源的种子输入在不同的位置注入到放大器中。该种子激光控制多个放大器性质，例如偏振输出、窄线宽、可调谐性等等。
尽管以上描述包括使本领域技术人员能够实现本发明的细节，但是应该认识到，该描述本质上是说明性的，并且对于受益于这些教导的本领域技术人员来说，对以上描述的许多修改及变化是显而易见的。因此，希望本文中的发明仅由所附权利要求限定，并且应该按照现有技术所允许的那样宽泛地解释该权利要求。

Claims (32)

1.一种光放大系统，包括：
泵浦源，在源波长下提供泵浦功率；
级联拉曼谐振器，所述泵浦功率作为输入发送到所述级联拉曼谐振器中，其中所述级联拉曼谐振器包括用于在所述泵浦功率中产生第一斯托克斯频移的一个或多个的嵌套拉曼腔体，从而提供从所述源波长到输出波长的逐步转换；以及
位于所述级联拉曼谐振器之前的依赖于波长的损耗元件，
其中所述依赖于波长的损耗元件被配置为以低损耗在所述源波长下传送光功率，并且在近似等于所述拉曼谐振器中的第一斯托克斯频移反射器的波长的波长下提供高损耗，
从而所述依赖于波长的损耗元件减小反向传播回所述泵浦源中的光功率。
2.根据权利要求1所述的光放大系统，其中由拉曼输入光栅组和拉曼输出光栅组提供所述嵌套拉曼腔体。
3.根据权利要求1所述的光放大系统，其中由WDM环路镜提供所述嵌套拉曼腔体。
4.根据权利要求1所述的光放大系统，其中所述依赖于波长的损耗元件包括在所述泵浦源和所述级联拉曼谐振器之间的分立部件。
5.根据权利要求4所述的光放大系统，其中所述依赖于波长的损耗元件包括长周期光栅。
6.根据权利要求5所述的光放大系统，其中所述长周期光栅具有窄带宽和与所述级联拉曼谐振器中的第一输入光栅的波长匹配的中心波长。
7.根据权利要求5所述的光放大系统，其中所述波长选择损耗元件包括长周期光栅，该长周期光栅具有足够宽从而抑制在高阶斯托克斯频移下的辐射、同时在所述泵浦波长下保持低损耗的带宽。
8.根据权利要求7所述的光放大系统，其中所述长周期光栅的10dB带宽大于10nm。
9.根据权利要求4所述的光放大系统，其中所述依赖于波长的损耗元件包括倾斜光纤布拉格光栅。
10.根据权利要求4所述的光放大系统，其中所述依赖于波长的损耗元件包括熔合光纤波分复用器。
11.根据权利要求2所述的光放大系统，其中所述依赖于波长的损耗元件包括基模截止光纤。
12.根据权利要求1所述的光放大系统，其中所述依赖于波长的损耗元件包括在所述第一斯托克斯频移下具有高损耗的滤波器光纤。
13.根据权利要求1所述的光放大系统，其中所述泵浦源被配置为主振荡器功率放大器。
14.根据权利要求13所述的光放大系统，其中所述功率放大器包括双包层光纤，所述双包层光纤具有使反向激光发射阈值最大化同时支持单模操作的模场直径。
15.根据权利要求14所述的光放大系统，其中所述功率放射器包括具有11μm的模场直径的掺Yb双包层光纤。
16.根据权利要求13所述的光放大系统，其中所述功率放大器包括双包层光纤，所述双包层光纤具有使反向激光发射阈值最大化、同时支持基模和高阶模传播的模场直径。
17.一种光放大方法，包括：
(a)使用泵浦源在源波长下提供泵浦功率；
(b)将泵浦光功率发送到级联拉曼谐振器中，其中所述级联拉曼谐振器包括用于在所述泵浦功率输入中产生第一斯托克斯频移的一个或多个的拉曼腔体，从而提供从所述源波长到输出波长的逐步转换，其中在所述第一斯托克斯频移之后有一系列高阶斯托克斯频移；
(c)连接依赖于波长的损耗元件使得该依赖于波长的损耗元件位于所述级联拉曼谐振器之前；以及
(d)将所述依赖于波长的损耗元件配置为以低损耗在所述源波长下传送光功率，并且在所述第一斯托克斯频移下提供高损耗，
从而所述依赖于波长的损耗元件防止在所述泵浦源和所述级联拉曼谐振器之间累积光功率，由此防止光功率反向传播回所述泵浦源中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中由拉曼输入光栅组和拉曼输出光栅组提供所述嵌套拉曼腔体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中由WDM环路镜提供所述嵌套拉曼腔体。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述依赖于波长的损耗元件包括在所述泵浦源和所述级联拉曼谐振器之间的分立部件。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述依赖于波长的损耗元件包括长周期光栅。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述长周期光栅具有与所述级联拉曼谐振器中的第一输入光栅匹配的窄带宽。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述波长选择损耗元件包括长周期光栅，该长周期光栅具有足够宽的带宽，从而抑制在高阶斯托克斯频移下的辐射，同时在所述泵浦波长下保持低损耗。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述长周期光栅的10dB带宽大于10nm。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述依赖于波长的损耗元件包括倾斜光纤布拉格光栅。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述依赖于波长的损耗元件包括熔合光纤波分复用器。
27.根据权利要求17所述的方法，其中所述依赖于波长的损耗元件包括基模截止光纤。
28.根据权利要求17所述的方法，其中所述依赖于波长的损耗元件包括在所述第一斯托克斯频移下具有高损耗的滤波器光纤。
29.根据权利要求17所述的方法，其中所述泵浦源被配置为主振荡器功率放大器。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述功率放大器包括双包层光纤，所述双包层光纤具有使反向激光发射阈值最大化同时支持单模操作的模场直径。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述功率放大器包括具有11μm的模场直径的掺Yb双包层光纤。
32.根据权利要求29所述的方法，其中所述功率放大器包括双包层光纤，所述双包层光纤具有使反向激光发射阈值最大化、同时支持基模和高阶模传播的模场直径。
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