[實(shí)用新型]一種實(shí)現(xiàn)高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大的系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820812720.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN208522239U
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬鵬飛;肖虎;劉偉;來(lái)文昌;粟榮濤;黃龍;許將明;吳堅(jiān);馬閻星;冷進(jìn)勇;周樸;陳金寶;劉澤金
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/10
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本實(shí)用新型提供一種實(shí)現(xiàn)高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大的系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合兼顧高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大器中TMI效應(yīng)和SBS效應(yīng)的抑制，利用高功率耦合器的回光監(jiān)測(cè)臂判斷SBS效應(yīng)發(fā)生的閾值，通過(guò)信號(hào)采集處理器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并伺服給優(yōu)化算法控制器，提供相應(yīng)的控制信號(hào)，進(jìn)而施加到射頻信號(hào)產(chǎn)生器中的射頻源、增益可調(diào)電學(xué)放大器、帶寬可調(diào)電學(xué)帶通濾波器，實(shí)現(xiàn)光譜特性的優(yōu)化，在保證輸出線寬盡可能窄的情況下實(shí)現(xiàn)SBS效應(yīng)的最佳抑制效果。同時(shí)利用1018nm泵浦源有效降低摻鐿主放大器的量子虧損，實(shí)現(xiàn)TMI的高效抑制。本實(shí)用新型為光束合成、非線性波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、激光通信、相干雷達(dá)、遙感探測(cè)等領(lǐng)域提供更高亮度的光纖光源設(shè)計(jì)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于強(qiáng)激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種實(shí)現(xiàn)高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高亮度窄線寬摻鐿光纖激光在光束合成、非線性波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、激光通信、相干雷達(dá)、遙感探測(cè)等領(lǐng)域具有強(qiáng)烈的應(yīng)用需求。

目前，主振蕩功率放大結(jié)構(gòu)(MOPA)是實(shí)現(xiàn)高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大的主流技術(shù)手段。MOPA結(jié)構(gòu)一般包含一個(gè)主振蕩器和多級(jí)級(jí)聯(lián)光纖放大器。由于光纖激光輸出亮度正比于輸出功率，反比于光束質(zhì)量(M2)的平方，因此光纖激光放大器的亮度提升主要體現(xiàn)在光束質(zhì)量?jī)?yōu)化(模式控制)和功率提升兩個(gè)方面。

然而，隨著輸出功率的不斷提升，窄線寬摻鐿光纖激光放大器中產(chǎn)生的熱致模式不穩(wěn)定效應(yīng)(TMI)和非線性受激布里淵散射效應(yīng)(SBS)成為限制其進(jìn)一步亮度提升的主要技術(shù)瓶頸。具體而言，針對(duì)TMI，當(dāng)輸出功率達(dá)到一定閾值功率后，光纖激光放大器輸出模式出現(xiàn)從基模到高階模式的動(dòng)態(tài)耦合，導(dǎo)致激光輸出時(shí)域分布和頻域分布出現(xiàn)明顯不穩(wěn)定，伴隨著光束質(zhì)量的急劇退化，嚴(yán)重限制了窄線寬摻鐿光纖激光的亮度提升能力。針對(duì)SBS，當(dāng)輸出功率達(dá)到一定閾值功率后，光纖激光放大器的輸出功率將快速向反向的斯托克斯光轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步提升泵浦功率將導(dǎo)致光纖放大器輸出功率出現(xiàn)滯漲或反降，反向斯托克斯光出現(xiàn)非線性指數(shù)增長(zhǎng)，影響光纖放大器的功率提升和安全，最終導(dǎo)致亮度提升受限。

截止目前，國(guó)內(nèi)外研究人員已分別針對(duì)上述兩種受限因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并提出了相應(yīng)的抑制方法。然而，目前研究結(jié)果表明TMI抑制方法和SBS抑制方法存在內(nèi)在的矛盾性，具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

(1)隨著光纖放大器纖芯尺寸的增加，SBS閾值上升、TMI閾值降低；

(2)當(dāng)泵浦功率偏移976nm，在保證光纖放大器泵浦吸收效率的情況下，SBS閾值下降，TMI閾值上升；

(3)當(dāng)增加種子功率時(shí)，SBS閾值降低，TMI閾值增加；

(4)當(dāng)在光纖放大器中引入模式損耗時(shí)，SBS閾值降低、TMI閾值上升。

上述兩種受限因素的共同制約和抑制方法的內(nèi)在矛盾性使得窄線寬摻鐿光纖激光放大器的亮度提升異常困難。因此，綜合兼顧SBS和TMI效應(yīng)抑制，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)著手提出進(jìn)一步提升窄線寬摻鐿光纖激光放大器亮度的新方案具有重要的科學(xué)意義和迫切的現(xiàn)實(shí)需要。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大的系統(tǒng)。本實(shí)用新型綜合兼顧高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大器中TMI效應(yīng)和SBS效應(yīng)的抑制，為光束合成、非線性波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、激光通信、相干雷達(dá)、遙感探測(cè)等領(lǐng)域提供更高亮度的光纖光源設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)大功率窄線寬光纖激光的整體發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種實(shí)現(xiàn)高亮度窄線寬摻鐿光纖激光放大的系統(tǒng)，包括單頻光纖激光器種子源、相位調(diào)制器、射頻信號(hào)產(chǎn)生器、摻鐿光纖激光預(yù)放大系統(tǒng)、高功率耦合器、摻鐿主放大器、光纖端帽、準(zhǔn)直器、高反鏡I、高反鏡II、功率計(jì)、光電探測(cè)器、分束器、光譜測(cè)量?jī)x、光束質(zhì)量測(cè)量?jī)x、信號(hào)采集處理器。