[發明專利]一種基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統

在審

• 申請號: 202310064935.5
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN116191178A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李驍軍
• 申請（專利權）人: 南京海萊特激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094
• 代理公司: 北京展翅星辰知識產權代理有限公司 11693
• 代理人: 王文生

1.一種基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統，包括：脈沖注入模塊、預放模塊、分束模塊、放大模塊、合束模塊、反饋模塊以及輸出模塊，其特征在于：所述分束模塊、放大模塊、合束模塊依次相連，所述反饋模塊將分束模塊入端和合束模塊出端相連，形成閉合的環形反饋結構；

所述脈沖注入模塊包括脈沖激光器和第一在線偏振無關隔離器，其中所述脈沖注入模塊的注入脈沖光信號；

所述預放模塊包括第一激光器、第一泵浦合束器、第一有源光纖、第二在線偏振無關隔離器、第一包層光濾除器，第一激光器為第一激光二極管，其中所述預放模塊的第一激光二極管通過第一泵浦合束器耦合進第一有源光纖從而實現注入脈沖的預放大，第一有源光纖出纖與第一包層光濾除器入纖相熔接，第一包層光濾除器濾除剩余泵浦光以保護預放模塊后的器件，第二在線偏振無關隔離器隔離反向傳輸光保護預放模塊；

所述分束模塊包括第一光纖耦合器，其中一個輸入端口與預放模塊的第二在線偏振無關隔離器的出纖相熔接，另一個輸入端口與所述反饋模塊的第三在線偏振無關隔離器的出纖相熔接，形成單向傳輸的閉合環形反饋結構，出纖分別與所述放大模塊的多路光學可變延時線入纖相熔接；

所述放大模塊包括至少2路并聯的放大器，所述每路放大器包括光學可變延時線、第二激光器、第二泵浦合束器、第二有源光纖、第二包層光濾除器，第二激光器為第二激光管，第二激光二極管通過第二泵浦合束器耦合進第二有源光纖從而實現脈沖放大，第二有源光纖出纖與第二包層光濾除器入纖相熔接，第二包層光濾除器濾除剩余泵浦光以保護放大模塊后的器件，所述光學可變延時線用于將放大脈沖光信號進行延時以使得反饋光與下一個脈沖同步并且用于控制各路放大器的腔長差；

所述合束模塊包括第二光纖耦合器，用于將各路放大器輸出脈沖合束從而各路放大器輸出脈沖在此處實現相干疊加；

所述反饋模塊包括第三光纖耦合器和第三在線偏振無關隔離器，第二光纖耦合器的輸出光纖與反饋模塊的第三光纖耦合器輸入端口相熔接，反饋模塊的第三光纖耦合器的第一出纖與第三在線偏振無關隔離器入纖相熔接，第三在線偏振無關隔離器出纖與所述分束模塊的第一光纖耦合器另一個輸入端口相熔接構成單向傳輸的閉合環形反饋結構；各放大環形腔的相位同步，從而在合束模塊的光纖耦合器實現相干疊加；反饋模塊的第三光纖耦合器的第二出纖與輸出模塊的輸出光纜入纖相熔接，在輸出光纜的輸出端輸出合束脈沖激光。

2.根據權利要求1所述的基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統，其特征在于：所述第三光纖耦合器輸出耦合比為99:1，所述第一出纖光強比例為1％～10％，所述第二出纖的光強比例為90％～99％。

3.根據權利要求1所述的基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統，其特征在于：所述分束模塊光纖耦合器的輸出端的個數和合束模塊光纖耦合器的輸入端的個數分別至少為2個，且分束模塊光纖耦合器的輸出耦合比與合束模塊光纖耦合器的輸入耦合比均為等比例。

4.根據權利要求1所述的基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統，其特征在于：

所述注入模塊的注入脈沖重復頻率為30kHz，脈寬100ns，平均功率為5W，波形為方波；

相干合束激光系統輸出脈沖重復頻率為30kHz，脈寬100ns，平均功率100W，波形為方波。

5.根據權利要求1所述的基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統，其特征在于：

所述第三光纖耦合器的輸入耦合比為等比例，保證各路放大器的輸出功率相等，以此提高相干合束效率η，η的計算公式如下：

η＝a*b/(ΔP*ΔL)??????????(1)

其中，a為各路放大器脈沖的同步系數，b為各路放大器的泵浦同步系數，ΔP為各路放大器脈沖的功率差異，ΔL為各路放大器的腔長差異。