1.一种短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器,包括依次连接的种子源(1)和放大器(2),二者构成共泵浦结构,其特征在于:种子源(1)和放大器(2)之间不存在泵浦隔离器件,互相利用对方残余泵浦光,提高了激光器整体泵浦利用率;共泵浦结构允许种子源(1)利用放大器(2)的反向泵浦,使其随激光器反向泵浦功率正相关动态变化,增加了种子光对放大器(2)上能级粒子数利用率,有效抑制了激光器中的ASE效应;所述种子源(1)包括依次连接的第一泵浦源(101)、第一光纤耦合器(102)、信号反射光纤光栅(103)、第一部分吸收光纤(104)、匹配输出光纤光栅(105);所述匹配输出光纤光栅(105)的输出端连接放大器(2)的输入端;所述放大器(2)包括依次连接的第二部分吸收光纤(201)和第二光纤耦合器(202),所述第二光纤耦合器(202)的输出端连接有光纤输出端帽(204),所述放大器(2)还包括第二泵浦源(203);利用部分吸收光纤无需完全吸收泵浦光的特点减少增益光纤的长度,提升激光器非线性效应阈值功率,抑制光谱展宽并保障输出光谱纯度;所述第一部分吸收光纤(104)对泵浦光的吸收率为30%~50%;设第一部分吸收光纤(104)的有效长度为L eff1 ,则第一部分吸收光纤(104)的SRS阈值功率为 其中A eff1 表示第一部分吸收光纤(104)的有效模场面积,g Raman 为拉曼增益谱;第一部分吸收光纤(104)的SPM阈值功率为 其中n 2 表示非线性系数,λ表示激光波长;所述第二部分吸收光纤(201)对泵浦光的吸收率为60%~80%;设第二部分吸收光纤(201)的有效长度为L eff2 ,则第二部分吸收光纤(201)的SRS阈值功率为 其中A eff2 表示第二部分吸收光纤(201)的有效模场面积,g Raman 为拉曼增益谱;所述第二部分吸收光纤(201)的SPM阈值功率 其中n 2 表示非线性系数,λ表示激光波长;所述种子源(1)的反向泵浦输入光为放大器反向残余泵浦光,其速率方程组具体如下:其中,P表示光功率;z对应于沿光纤传播方向的坐标;下标p、s分别对应表示泵浦光和信号光;上标+和-分别对应表示光束的沿激光传输的正反方向;λ p 和λ s 分别对应表示泵浦光波长和信号光波长,α表示光纤中光传输损耗,σ a 和σ e 是部分吸收光纤相应的吸收截面和发射截面;N 1 和N 2 分别对应表示Yb 3+ 离子上能级和下能级粒子数密度,且总粒子数密度N 0 =N 1 +N 2 ;h为普朗克常数,τ为Yb 3+ 离子上能级平均寿命,c为光速,Γ p 和Γ s 分别对应表示为泵浦光和信号光的光场模式与掺杂离子区域的填充因子,A eff1 为第一部分吸收光纤(104)的有效模场面积; 和 分别对应表示种子泵浦光沿光纤向前和向后方向的功率分布; 和 分别对应表示种子信号光沿光纤向前和向后方向的功率分布;速率方程组的边界条件表示为:其中, 为放大器(2)的反向残余泵浦光功率,作为种子源(1)的反向输入泵浦光功率; 为种子源(1)的正向输入泵浦光功率;L 1 为第一部分吸收光纤(104)的长度;R 1 和R 2 分别为信号反射光纤光栅(103)和匹配输出光纤光栅(105)的反射率;种子源(1)的第一部分吸收光纤(104)为1.6m,第一部分吸收光纤(104)的泵浦光吸收系数为1.2dB/m@975nm,第一泵浦源(101)的泵浦光功率为700W,种子源(1)最终输出250W信号功率。
2.根据权利要求1所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器,其特征在于:所述放大器(2)的正向输入泵浦光为种子源(1)的残余正向泵浦光,放大器(2)的速率方程表示为:其中,P表示光功率;z对应于沿光纤传播方向的坐标;下标p、s分别对应表示泵浦光、信号光;上标+和-分别表示光束的沿激光传输的正反方向;各上标"*"表示参数对应为放大器的系统变量;λ p 和λ s 分别对应表示泵浦光波长和信号光波长,α表示光纤中光传输损耗,σ a 和σ e 是部分吸收光纤相应的吸收和发射截面; 和 分别对应表示Yb 3+ 离子上能级和下能级粒子数密度,且总粒子数密度 h为普朗克常数,τ为Yb 3+ 离子上能级平均寿命,c为光速, 和 分别对应表示为泵浦光和信号光的光场模式与掺杂离子区域的填充因子,A eff2 为第二部分吸收光纤的有效模场面积, 和 分别对应表示放大器泵浦光沿光纤向前和向后方向的功率分布; 表示放大器信号光沿光纤向前方向的功率分布; 为信号光中增益带宽Δλ s 内的自发辐射对激光功率的贡献;速率方程组的边界条件表示为:其中, 为注入光纤放大器(2)的种子功率,其值随放大器(2)的后向泵浦功率增大而增大;L 2 为第二部分吸收光纤(201)的长度, 为种子源(1)的正向残余泵浦光功率,将进入放大器(2)中被用于受激放大; 为放大器(2)的反向输入泵浦光功率。
3.根据权利要求2所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器,其特征在于:所述种子源(1)利用放大器(2)的反向残余泵浦 使其随反向泵浦功率正相关动态变化,增加了种子光对放大器上能级粒子数 利用率,有效抑制了激光器中的ASE的效应。
4.根据权利要求1所述的短增益纤振荡放大共泵浦高功率窄线宽激光器,其特征在于:所述第一光纤耦合器(102)和所述第二光纤耦合器(202)均包括一个信号输入端、一个信号输出端以及至少一个泵浦输入端。