[實用新型]一種頻分復用光譜相干合成放大裝置

有效

• 申請號: 201220650471.3
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN203012312U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 梁崇智;曾和平;趙健;閆明
• 申請（專利權）人: 廣東漢唐量子光電科技有限公司
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/37;G02F1/39
• 代理公司: 中山市科創專利代理有限公司 44211
• 代理人: 謝自安

技術領域

本發明提出一種頻分復用光譜相干合成放大裝置。?

背景技術

高功率光纖激光脈沖在基礎科學研究、工業加工、激光雷達、慣性約束核聚變、精密測量、激光遙感等領域有著重要的應用。但由于受到熱光效應、非線性效應、增益介質損傷閾值的限制，單臺超短脈沖光纖激光器平均功率一般被限制在百瓦級，其峰值功率一般為吉瓦量級。?

對于單路放大功率受限的缺陷，采用多模塊化結構，控制各路光纖激光的相位達到鎖相輸出，實現脈沖的相干合成，可使輸出激光平均功率得到數十倍，而峰值功率密度數百倍的提升。要實現有效的脈沖激光相干合成，必須同時滿足脈沖同步和相位鎖定。目前實現脈沖相干合成方法主要有三種，一種是偏振合成方法，它是利用偏振分束器將線偏振種子光源分成不同偏振方向的幾束光，對各偏振光組分分別進行放大后再進行偏振合束，該方法缺點在于需要精確調節單元光束的光程差，同時偏振光分量的相位很難被鎖定。二是被動相干合成方法，它是通過一定的能量耦合機制或者非線性相互作用實現各路激光相位起伏的自動補償從而達到相位鎖定，該方法鎖定精度低，裝置穩定性差。三是主動相干合成方法，它可實現很高的鎖定精度，但所需的電子反饋裝置結構復雜，通常存在較大隨機時間延遲。?

此外，高功率脈沖在放大過程中，由于受到非線性、群速度色散等效應的影響，使得高峰值功率的短脈沖在光纖放大器傳輸放大后，時間波形和光譜產生嚴重畸變，不能滿足實際的需求。避免放大過程中的時-頻域噪聲，精密控制高功率光纖傳輸放大過程，需要克服以下缺陷：?

1、增益窄化效應。根據傅里葉變化關系，增益光譜寬度變窄，將直接導致所能實現脈沖寬度增加。?

2、強度-相位噪聲。這種噪聲會使得各頻譜成分相位隨機漲落，光譜兩側出現震蕩結構。?

3、高階色散和非線性相移累積非線性啁啾。非線性啁啾不能由啁啾管理裝置所補償，將使脈沖時域分裂，限制峰值功率提升。?

4、介質增益帶寬限制。對于光纖激光介質，同一增益介質只能實現有限頻譜信號放大，制約高功率超短甚至周期量級脈沖實現。基于上述因素，單個放大裝置難以進一步實現對脈沖光的高功率放大。?

綜上所述，雖然目前已有多種實現高功率脈沖放大的技術與方法，但都存在著各種缺陷與不足。?

發明內容

本發明針對上述傳統激光脈沖放大技術中的不足，提出了一種頻分復用光譜相干合成放大裝置，該方法將頻分復用技術與相干合成技術有機結合，解決超短脈沖光纖激光相干合成過程中脈沖同步和頻譜相干的難題。?

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：?

一種頻分復用光譜相干合成放大裝置，包括超短脈沖振蕩器、功率預放大器、光譜展寬器、波分復用分束器、相位噪聲預補償和時間同步的多級放大裝置、波分復用合束器、壓縮器，超短脈沖振蕩器產生的激光脈沖順次通過功率預放大器、光譜展寬器、波分復用分束器、相位噪聲預補償和時間同步的多級放大裝置、波分復用合束器、壓縮器，壓縮器輸出高峰值功率的超短脈沖，所述相位噪聲預補償和時間同步的多級放大裝置包括多個相位噪聲補償放大裝置，多個延時控制器，分束器，測量各路放大脈沖的相對時間抖動的平衡式光學互相關時間抖動測量裝置，所述相位噪聲補償放大裝置包括聲光移頻器、多級光纖放大器、分束片、自參考零頻探測裝置，濾波放大器；波分復用分束器輸出的種子光順次經過聲光移頻器、多級光纖放大器、分束片、自參考零頻探測裝置。?

所述超短脈沖振蕩器采用摻鐿光纖光梳，其中心波長為1030nm，脈沖重復頻率為80MHz，鎖定精度<1mHz，脈沖載波包絡相位鎖定精度<10mHz，脈沖輸出平均功率為50mW。?

所述功率經功率預放大器采用摻鐿雙包層光子晶體光纖的前向泵浦式放大器，其輸出脈沖平均功率大于1W。?

所述的光譜展寬器為一段光子晶體光纖，將超短脈沖振蕩器輸出的超短光脈沖耦合進入到該段光子晶體光纖，利用光子晶體光纖的高非線性系數，在自相位調制和四波混頻等非線性光學過程中使脈沖光譜產生新的頻率成分，并使脈沖光譜得到有效展寬。?

所述波分復用分束器的中心波長900nm～1100nm之間，帶寬為?5nm。?

所述多級光纖放大器由兩個或者兩個以上的摻鐿雙包層光纖放大器首尾連接而成，其中相鄰兩個摻鐿雙包層光纖放大器之間放置一個光隔離器。?