[發明專利]基于環形腔主動光反饋的DOE相干合成的激光光源

有效

• 申請號: 201811530084.4
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109494563B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 周軍;柏剛;沈輝;楊依楓;何兵;牛夏夏;劉美忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13;H01S3/10;H01S3/083;G02B27/42
• 代理公司: 31317 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張寧展

一種基于環形腔主動光反饋的衍射光學元件相干合成的激光光源，主要包括全光反饋的被動環形腔和調諧范圍不同的雙級主動控制光學回路。特征在于將多路窄線寬的光纖激光器通過全光反饋共孔徑相干合成的方式組合成一束高能激光空間輸出，加入主動控制的反饋回路可確保初始主振蕩種子波長與反饋腔模的中心波長相一致，進一步壓窄合成激光的輸出線寬，降低相位噪聲，降低外界環境對環形腔的干擾，維持鎖相效果的穩定。本發明克服了傳統被動相干合成系統合成效率低、相位噪聲強、鎖相效果差的特點，既能保持住合成系統的穩定性和安全性，又有助于擴展陣列的規模，提高窄線寬輸出激光的亮度，是實現光纖激光器向更高功率更好光束質量擴展的有效技術途徑。

技術領域

本發明涉及激光光源，特別是一種基于環形腔主動光反饋的衍射光學元件(DOE)相干合成的激光光源。

背景技術

光纖激光器具有結構簡單緊湊、熱管理方便、能量轉換效率高、性能穩定可靠和光束質量好的優點，在高功率激光技術領域得到了廣泛應用。目前單模光纖激光器的輸出功率已經突破萬瓦級。然而，受到熱效應、非線性效應、模式不穩定以及端面損傷等因素的限制，單根光纖激光器的輸出功率存在理論極限。

為了提高窄線寬低相位噪聲的光纖激光光源的輸出功率，相干光束合成被提出且深入研究，成為目前最重要技術手段之一。該技術通過將多路基于MOPA結構的低相位噪聲的光纖激光進行合束，并對各子路組束激光的相位進行控制，以達到相位鎖定而獲得相干疊加，這樣既保證輸出激光具有與單路激光相近的光學特性，同時又能有效地提高相干合成后的激光輸出功率。全光反饋被動相干合成技術是上述合成方法中的一種，此種方法無需復雜的相位鎖定條件，響應速度快，結構簡單且路數可擴展性強，是近期研究的熱點。該技術采用全光反饋的環型腔結構，通過單模光纖濾波器進行模式濾波，使同相光信號腔內損耗最小，通過此種自組織的相位選擇方式得到各路光纖激光器的相位鎖定，使得合束激光的亮度得到大幅提升。

在先技術“基于達曼光柵的光纖激光全光反饋被動相干合束系統CN103441419A”中需要輔助主振蕩為放大器提供種子，提供初始的反饋光，保證在反饋回路受到意外遮擋后，放大器不受自激振蕩的危害。在子光束陣列實現相位鎖定后，波長鎖定在環形腔損最小的模式，一般相位鎖定的腔模與種子波長不同，此時輔助主振蕩需要手動關閉，以確保環形腔中僅有相位鎖定的波長存在，提高遠場輸出激光的亮度和穩定性。但是，關閉輔助主振蕩有可能造成光纖放大器陣列存在安全隱患，即反饋回路在受到意外遮擋時放大器失去種子，造成嚴重的自激振蕩而損壞放大器。因此，提高全光反饋環形腔被動相干合成系統輸出激光的亮度和保護放大器的系統安全成了一對不可調和的矛盾。此外，現有全光反饋環形腔輸出激光的頻帶寬、相位噪聲高、鎖相效果難以保持穩定，嚴重阻礙了高功率共孔徑相干合成光源后續擴展應用的前景。

發明內容

本發明針對上述全光反饋環形腔被動相干合成裝置中的不足，提出一種基于環形腔主動光反饋的衍射光學元件相干合成的激光光源。該激光光源在全光反饋的被動環形腔中加入了主動的光電反饋控制手段，通過主動控制與被動光反饋系統的共同作用，協調和優化雙環路的各項性能參數，以獲得穩定的鎖相效果，壓窄合成激光的輸出線寬，降低相位噪聲，提高遠場合成光的亮度和穩定性。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于環形腔主動光反饋的衍射光學元件相干合成的激光光源，其特點在于，包括全光反饋的被動環形腔和主動光電反饋環路，