[發明專利]一種多光束脈沖光纖激光器

在審

• 申請號: 202110010541.2
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112821178A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 葛鵬;郭靜菁;錢小東;張勇波;王磊;周安然;劉永濤
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;G01S7/484
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明公開了一種多光束脈沖光纖激光器，屬于激光技術領域，包括脈沖種子源、一級光纖放大組件、多路二級光纖放大組件、多路輸出尾纖、至少一個光纖分束器。本發明采用全光纖結構輸出多路時間同步、能量一致的激光脈沖，減小了后續激光分束的難度，提高了系統集成度；通過多路光纖放大產生高功率激光，降低了光纖非線性效應(ASE)、光纖端面損傷風險；采用了單模光纖實現了高功率多光束輸出，減小了器件體積與成本，使得輸出激光具有較好的光束質量，降低了模場匹配難度；系統具有可擴展性，較容易實現更多路輸出，提高了激光輸出總功率。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及一種多光束脈沖光纖激光器。

背景技術

激光雷達是一項主動光電探測技術，具有較高的空間分辨率和測距精度，受電磁干擾影響小，能夠全天時工作，在地形測繪、精確制導、自動駕駛等領域具有廣泛的應用前景；現有激光雷達主要采用脈沖測距方式，通過發射窄脈沖寬度激光實現高精度測距；在遠距離應用中，激光雷達通常需要發射高脈沖重復頻率、高脈沖能量激光實現快速測距；在機載、星載等平臺上，為了提高空間覆蓋率，激光雷達正朝著多光束發射與接收方式發展；在傳統激光高度計基礎上，結合高靈敏度單光子探測技術，多光束激光雷達能夠實現大幅寬測量。因此，高功率、多光束激光發射是激光雷達的關鍵部分。

NASA于2018年發射的ICESAT-II衛星搭載了ATLAS多光束激光雷達載荷，其采用了6光束發射與接收方式實現對地觀測；NASA下一步計劃研制1000光束以上單光子探測激光雷達(LIST計劃)；為了驗證星載多光束激光雷達的技術可行性，NASA前期研制了16光束單光子探測激光雷達SIMPL和215光束單光子探測激光雷達MABEL，并完成了機載飛行試驗。國內中科院上海技物所研制了51光束單光子探測激光雷達，華東師范大學研制了100光束單光子探測激光雷達。

目前多光束激光雷達主要采用的發射方式包括光纖陣列、衍射光學器件(DOE)兩種，其中光纖陣列為全光纖結構，通過光纖密排可以實現多光束精密發射，穩定性較高。光纖陣列發射方式首先采用多級分束器將激光能量均分到多路光纖中。在激光功率較高的情況下，為了避免光纖端面損傷，前端高功率激光分束首先采用空間光分束方式。例如：多光束激光雷達采用一臺空間光輸出激光器作為主光源，首先將激光通過空間光分束鏡進行功率分配，分配成為十幾個通道，使得每個通道的激光脈沖能量低于光纖損傷閾值；然后通過光纖準直器將激光耦合進入光纖，最后通過多個光纖分束器進行分光。這種多光束激光發射方式采用了空間光、光纖相結合的分束方式，空間光路復雜、體積大，受外界溫度變化、震動等因素影響后，光纖耦合效率容易降低，導致多光束能量以及一致性下降。為此，提出一種多光束脈沖光纖激光器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：如何實現全光纖集成化設計，減小系統體積、重量，提高穩定性，提供了一種多光束脈沖光纖激光器。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的，本發明包括脈沖種子源、一級光纖放大組件、多路二級光纖放大組件、多路輸出尾纖、至少一個光纖分束器，所述脈沖種子源的輸出端與所述一級光纖放大組件的輸入端連接，所述一級光纖放大組件的輸出端與所述光纖分束器的輸入端連接，所述光纖分束器的輸出端與多路所述二級光纖放大組件的輸入端對應連接，多路所述輸出尾纖與多路所述二級光纖放大組件的輸出端對應連接。

更進一步地，所述多光束脈沖光纖激光器還包括第一隔離器與多個第二隔離器，所述第一隔離器設置在所述光纖分束器與所述一級光纖放大組件之間，各所述第二隔離器對應設置在所述二級光纖放大組件與所述輸出尾纖之間。

更進一步地，所述一級光纖放大組件與所述二級光纖放大組件的結構相同，均包括合束器、有源增益光纖和泵浦源，所述泵浦源與所述合束器的一個輸入端連接，所述脈沖種子源與所述合束器的另一個輸出端連接，所述合束器的輸出端與所述有源增益光纖連接。

更進一步地，所述分束器包括多級50:50的一分二分束器，多級所述50:50的一分二分束器級聯。