[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

本發明提供了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，分束模塊、放大模塊、合束模塊依次相連，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。本發明具有全光纖結構，系統緊湊，無需復雜的相位控制方式即可實現脈沖同步，獲得高能量，高功率的脈沖激光輸出，同時，得益于脈沖注入方式，可選擇多種頻率、脈寬及波形的脈沖注入系統實現相干合束輸出，而不必受限于脈沖系統單一的腔長或結構。

本發明為于2019年11月25日提交的名稱為“一種基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統”申請號為201911166916.3的發明專利的分案申請。

技術領域

本發明涉及光纖激光器領域，具體指一種基于環形反饋結構的脈沖注入式相干合束激光系統。

背景技術

脈沖光纖激光具有光束質量好、結構緊湊、熱管理方便、轉換效率高等優勢，除此之外，還具有脈沖峰值功率高、單脈沖能量大、脈寬可調等特點。脈沖激光在工業加工上作用時間短，加工精度高、成本低、速度快。因此，廣泛應用于光通信、激光醫療、工業打標、切割焊接、強場物理、頻率轉換和激光雷達等多個領域。

從脈沖激光的應用需求來看，實現百千瓦級高亮度激光輸出一直是脈沖激光器的目標。目前，單路脈沖光纖激光器已實現平均功率千瓦級或脈沖能量毫焦級輸出，但是單路系統難以兼顧高平均功率和高脈沖能量，往往為了實現某一性能指標最大化而不得不犧牲另一性能指標。另外，受限于光纖內的非線性效應、光學損傷和模式不穩定性等，單路的功率或能量提升空間十分有限。對于硅光纖，自聚焦效應(閾值峰值功率約4MW)是光纖放大器內峰值功率提升的終極限制因素。相干合成技術是突破單路系統性能極限、實現高能高功率大脈沖能量激光輸出的重要技術手段，而相干合成的關鍵在于相位控制技術。

常見的相干合成技術有：

主動相干合成：大多基于MOPA級聯放大結構，進行主動相位檢測和反饋控制相位同步，以達到陣列激光相干輸出的目的。根據控制相位的方法主要有外差法H-C探測、SPGD算法、抖動法等。

被動相干合成：利用光纖激光器自組織鎖相特性，實現各路激光相位起伏的自動補償。按鎖相方法主要分為倏逝波耦合、相互注入耦合和環形反饋耦合等。

其中，主動鎖相需要有清晰的理論指導、理論上具有大于百束相干合成的潛能，但均需采取復雜的光程控制措施，合成效果與光程控制能力緊密相關，百千瓦級高亮度激光輸出需要搭建數百路的光纖激光陣列，每路輸出功率需要提升到千瓦以上。而且，主動控制需要窄線寬種子光，提高功率受限于SBS效應。相比主動相干合成技術，

被動相干合成系統結構簡單、無須復雜的電信號反饋，無需窄線寬種子源；可以使用寬譜激光，能夠有效抑制光纖放大器中的SBS，提高輸出功率，是一種較為可行的高功率光纖激光相干合成實現方案。被動結構中相互注入反饋和倏逝波耦合是基于駐波腔。相互注入反饋采用不同的種子光，穩定性差。倏逝波耦合要用到的耦合器件是采用多芯光纖，制作困難，且功率集中在耦合部分，輸出功率受限。環形反饋耦合腔是基于行波腔，可采用同種子光，在同等條件下行波腔相差小于駐波腔相差，鎖相穩定性好，合成路數至少是駐波腔合成路數的兩倍。目前環形復合腔在連續光被動相干合成實驗中具有千瓦級輸出的能力，但應用于脈沖激光的研究比較缺乏。