CN102447212A - 脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统 - Google Patents

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一种脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，包括种子源，特点在于其构成：沿种子源输出的激光方向依次是合束器、斩波器、光纤预放大器、分束器、两个或两个以上放大链路、透镜和反馈光纤进入所述的合束器，构成环形腔，所述的反馈光纤的输入端位于所述的透镜的后焦点上，所述的放大链路中多个放大链路的输出端要确保输出光束准直输出且互相不重叠、光束方向与透镜的轴线平行地经所述的透镜耦合入所述的反馈光纤的输入端，所述的种子源为连续激光器。本发明具有原理简单，调节容易的优点，克服了传统被动组束方法不能实现多路高重复频率，窄脉冲宽度的脉冲激光相位锁定输出的缺点，提高窄脉宽、高峰值功率的脉冲光纤放大器阵列输出的亮度。

Description

脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统
技术领域
本发明涉及光纤放大器，特别一种脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，以提高窄脉宽和高峰值功率的脉冲光纤放大器的亮度。
背景技术
在高峰值功率、窄脉宽的脉冲光纤激光器和放大器的应用中，人们对输出激光亮度的要求越来越高。除了努力提升单个光纤激光器或放大器的亮度以外，使用组束技术可以将多个脉冲光纤激光器或放大器的输出脉冲在时间和空间上叠加，提高输出亮度。现有的光谱组束技术对亮度的提升有限；主动相干组束技术受限于复杂的相位控制技术和非线性效应，难以实现多路数、高峰值功率的脉冲组束；另外一些被动相干技术受限于反馈机制，难以实现窄脉宽、高重频的脉冲组束。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有组束技术的问题，提供一种脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，以提高脉冲光纤放大器的输出亮度。
本发明技术解决原理：
利用连续波输出的种子光和斩波器形成具有一定脉宽的脉冲激光，通过预放大器达到足够功率后分别注入各路放大链路继续进行放大。将各个放大链路输出的光束平行准直，使其中的一部分通过透镜聚焦耦合进反馈光纤，回到斩波器，完成在环形腔内的循环。通过环形腔内的自组织特性，系统将自动选择损耗最小“最佳纵模”进行振荡，将各个放大链路输出激光的相位锁定，实现稳定的干涉图像，提高亮度。通过控制环形腔的腔长和斩波器的重复频率，可以使腔内循环的脉冲在时序上重叠。
本发明技术解决方案如下：
一种脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，包括种子源，特点在于其构成：沿种子源输出的激光方向依次由合束器、斩波器、光纤预放大器、分束器、两个或两个以上放大链路、透镜和反馈光纤进入所述的合束器，构成环形腔，所述的反馈光纤的输入端位于所述的透镜的后焦点上，所述的放大链路中多个放大链路的输出端要确保输出光束准直输出且互相不重叠、光束方向与透镜的轴线平行地经所述的透镜耦合入所述的反馈光纤的输入端，所述的种子源为连续激光器。
所述的斩波器是声光调制器、电光调制器或机械斩波器；所述的斩波器的斩波频率在1kHz到50GHz之间，斩出来脉冲激光的脉宽在1ps到1ms之间。
所述的光纤预放大器为一个光纤放大器，或由多级光纤放大器组成。
所述的放大链路的每路是一个光纤放大器，或由多级光纤放大器组成。
所述的环形腔的光程和斩波器的重复频率互相匹配，使反馈光纤(8)中的脉冲激光的每一个脉冲一半以上的能量能够通过所述的斩波器。
本发明的技术效果：
与在先技术相比，本发明具有结构简单，易于操作，在防止有害的非线性效应方面表现更好，对亮度的提升更加明显，可以实现窄脉宽的脉冲相干组束，是一种较理想的脉冲放大器阵列相干组束系统。
附图说明
图1为本发明脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统的结构示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本发明脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统的结构示意图。由图可见，本发明脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，包括种子源2，其构成：沿种子源2输出的激光方向依次经合束器3、斩波器1、光纤预放大器4、分束器5、两个或两个以上放大链路6、透镜7和反馈光纤8进入所述的合束器3，构成环形腔，所述的反馈光纤8的输入端位于所述的透镜7的后焦点上，所述的放大链路6中多个放大链路的输出端要确保输出光束准直输出且互相不重叠、光束方向与透镜7的轴线平行地经所述的透镜7耦合入所述的反馈光纤8的输入端，所述的种子源2为连续激光器。
下面是本发明一个实施例的构成和相关的器件参数：平均功率为10mW的1064nm连续种子源2通过合束器3进入高速铌酸锂电光调制器1，斩成峰值功率1mW，脉宽10ns，重频1MHz的脉冲激光。通过预放大器4将脉冲激光的峰值功率放大到200mW，通过分束器分别注入两路放大链路6中。每一路放大链路包含三级放大器，分别将脉冲激光的峰值功率从100mW放大到10W，10W放大到500W，500W放大到8kW。使用焦距为1m的凸透镜7将两路输出的脉冲激光中的一小部分聚焦到反馈光纤8的入射端面，进入反馈光纤的脉冲激光的峰值功率为1W。控制反馈光纤8的长度，使整个环形腔的光程正好为300m，使反馈光纤中的脉冲激光的每一个脉冲在达到斩波器时刚好赶上斩波器件开的时间窗口。经过肉眼难以察觉的时间以后，两路放大链路的相位实现了稳定一致，干涉条纹的中央主瓣的亮度提高了接近4倍。

Claims (5)

1.一种脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，包括种子源(2)，特征在于其构成：沿种子源(2)输出的激光方向依次由合束器(3)、斩波器(1)、光纤预放大器(4)、分束器(5)、两个或两个以上放大链路(6)、透镜(7)和反馈光纤(8)进入所述的合束器(3)，构成环形腔，所述的反馈光纤(8)的输入端位于所述的透镜(7)的后焦点上，所述的放大链路(6)中多个放大链路的输出端要确保输出光束准直输出且互相不重叠、光束方向与透镜(7)的轴线平行地经所述的透镜(7)耦合入所述的反馈光纤(8)的输入端，所述的种子源(2)为连续激光器。
2.根据权利要求1中所述的脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，其特征在于：所述的斩波器(1)是声光调制器、电光调制器或机械斩波器；所述的斩波器(1)的斩波频率在1kHz到50GHz之间，斩出来脉冲激光的脉宽在1ps到1ms之间。
3.根据权利要求1中所述的脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，其特征在于：所述的光纤预放大器(4)为一个光纤放大器，或由多级光纤放大器组成。
4.根据权利要求1中所述的脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，其特征在于：所述的各个放大链路(6)的每路是一个光纤放大器，或由多级光纤放大器组成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的脉冲光纤放大器阵列光反馈环形腔相干组束系统，其特征在于：所述的环形腔的光程和斩波器(1)的重复频率互相匹配，使反馈光纤(8)中的脉冲激光的每一个脉冲一半以上的能量能够通过所述的斩波器(1)。
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