CN110299664A - 一种高能量超快脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高能量超短脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器，其特征在于具体步骤如下：1）首先由驱动控制器控制半导体激光器发射两路控制信号，一路用于控制半导体激光器频率，一路为分频信号；2）然后将光纤耦合输出的激光与光纤泵源通过合束器合成到一根光纤，并一起通过增益光纤；3）最后通过同步泵浦的方式用固体激光器来对选单出来脉冲的进行放大。其三者相结合使得激光器的脉冲更稳定，抗干扰能力强，激光器能长期稳定运行。同时改用不同型号的增益光纤和不同的增益晶体可以实现不同中心波长的窄脉宽低重复频率激光器输出。

Description

一种高能量超快脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器

技术领域

本发明涉及一种高能量超短脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器，大能量激光器属于光学，非线性光学领域。

技术背景

在科技发展的今天，激光雷达，激光测距，激光预警，激光军事侦察已经成为现代军事对抗的主要手段。要想在战争中取得优势，就需要激光器具有更短的脉冲，更高的能量，从而保证我方能在最短时间内获得敌军的情况。所以寻找高能量短脉冲的激光器势在必行。国内用于军事对抗的激光器主要有半导体激光器，光纤激光器和固体激光器，然而他们各有优缺点。半导体激光器具有体积小，波长范围覆盖广，脉宽好调谐等优点，但是半导体激光器能实现短脉冲输出的能量都非常小，监测的距离也就在200米左右，在民用雷达方面广泛使用，但是达不到军事监测的指标。光纤激光器具有增益特性好、输出光束质量好、放大效果好等特点，已经在众多领域得到了广泛应用。但是通过光纤激光器输出的激光参数基本为高重复频率输出，因为在低重复频率下光纤会产生很强的受激自发辐射，从而影响了激光高能量输出。固体激光器能承受的能量高，结构紧凑耐用，且材料种类数量多，大量高性能的材料出现使得固体激光器性能进一步提高。但是固体激光器受温度影响较大，激光腔容易形成热透镜效应，长时间使用光束质量变差，从而影响测距效果。并且激光脉宽较宽，不能调节，小信号增益放大效果差。

发明内容

针对上述各类激光器的优点和不足，本发明的目的在于提供一种高能量超短脉宽和低重复频率可调谐的混合放大激光器，是将半导体、光纤激光器和固体激光器混合放大的激光输出，是一种新型获得高脉冲峰值功率的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高能量超短脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器，其特征在于具体步骤如下：1）首先由驱动控制器控制半导体激光器发射一个小能量的激光信号，该激光信号的脉冲宽度可通过控制器调节，同时信号发生器产生两路控制信号，一路用于控制半导体激光器频率，一路为分频信号，小能量激光输出后通过光斑整形耦合进光纤进行输出；

2）然后将光纤耦合输出的激光与光纤泵源通过合束器合成到一根光纤，并一起通过增益光纤，使用连续的泵浦方式，将激光器能量提升数个量级，得到的中能量的激光信号通过准直器进入空间输出；

如果激光器的重复频率太高，在放大时，每个脉冲获得泵浦激光就会减少，则激光器的单脉冲能量会受限制，所以进入到固体放大时，我们需要将激光器变成低频，能更好的提高其单脉冲输出能量。此时用1中的分频信号去控制选单器，当激光器打在选单器上时，如果选单器接收到分频信号的高电平信号时开门，激光器通过；如果接收到低电平时关门，激光器禁止，从而达到我们想要的低频激光信号输出。

3）最后通过同步泵浦的方式用固体激光器来对选单出来脉冲的进行放大，通过该方法可以规避高能量引起的非线性效应，同时可以规避高频下的热效应引起的激光不稳定性和器件的损坏。

本发明的积极效果是三者相结合使得激光器的脉冲更稳定，抗干扰能力强，激光器能长期稳定运行。同时改用不同型号的增益光纤和不同的增益晶体可以实现不同中心波长的窄脉宽低重复频率激光器输出。激光器的脉冲宽度窄，能量高，重复频率和脉冲宽度可调谐。使得到的超短脉冲具有更高更稳定的单脉冲能量，并且可以采用多级固体联合放大将能量提到更高的水平，从而满足军事对抗中和工业加工中的一些应用。

附图说明

图1本发明的原理图；其中A是半导体激光器脉冲和频率控制图，B是光纤激光器放大的原理图，C是激光的低重复频率调节，D是固体激光器同步放大原理图。

具体实施方式

下面结合附图实施例和对本发明做进一步的描述：如图1所示，一种高能量超短脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器，其特征在于具体步骤如下：1）首先由驱动控制器控制半导体激光器发射一个小能量的激光信号，该激光信号的脉冲宽度可通过控制器调节，同时信号发生器产生两路控制信号，一路用于控制半导体激光器频率，一路为分频信号，小能量激光输出后通过光斑整形耦合进光纤进行输出；

2）然后将光纤耦合输出的激光与光纤泵源通过合束器合成到一根光纤，并一起通过增益光纤，使用连续的泵浦方式，将激光器能量提升数个量级，得到的中能量的激光信号通过准直器进入空间输出；

如果激光器的重复频率太高，在放大时，每个脉冲获得泵浦激光就会减少，则激光器的单脉冲能量会受限制，所以进入到固体放大时，我们需要将激光器变成低频，能更好的提高其单脉冲输出能量。此时用图1A中的分频信号去控制选单器，当激光器打在选单器上时，如果选单器接收到分频信号的高电平信号时开门，激光器通过；如果接收到低电平时关门，激光器禁止，从而达到我们想要的低频激光信号输出。

3）最后通过同步泵浦的方式用固体激光器来对选单出来脉冲的进行放大，通过该方法可以规避高能量引起的非线性效应，同时可以规避高频下的热效应引起的激光不稳定性和器件的损坏。

如图1所示，控制器选用高速FPGA芯片。用来控制整套激光器系统，包括反馈各类激光器温度变化和功率变化，来维持激光器的稳定，保证激光器的长时间工作稳定性。同时配合高速电开关芯片实现激光器的短脉冲输出且连续可调。另外还提供半导体激光器工作的频率信号，并得到一个可调的分频信号作为选单器和固体放大泵浦源的同步控制信号。最后得到的小能量激光信号通过聚焦耦合进单模光纤输出，方便其进入光纤激光部分进行放大。

进一步的，如图1所示，单模光纤输出的小能量激光先经过一个滤波器，去掉杂光，保证光谱的纯度，不然会在后面放大中引入不需要的激光，从而降低了激光放大的能力。滤波器出来的激光信号与泵浦光通过合束器一起进入到增益光纤中进行放大，此处通过连续泵浦的方式来进行放大，由于光纤的高增益特性，可以将小能量的激光放大数个量级，如果未达到固体放大的激光信号需求，可以多次采用图1B来进行放大。激光从增益光纤出来后，将其送入到光纤准直器输出，方便后面固体放大。

进一步的，如图1C所示，激光经过一个起偏器，保证激光器的偏振特性，然后再进入Q开关晶体，当图1中的同步控制信号加到Q开关晶体时，高电平时，激光器的偏振态发生改变，低电频时，激光器的偏振态不变，此时再通过一个检偏器，偏振态发生改变的激光通过，没发生改变的被截止，从而实现了想要的低频激光输出。

进一步的，如图1D所示，选单出来的激光信号，先经过一个隔离器，防止固体放大的高能量激光信号返回去损坏前面的结构。玻片用来调节激光器的偏振态。此时的泵浦源通过图1中的同步信号来控制，实现同步泵浦，最后激光进入固体放大的增益晶体里，实现激光器的高能量输出。并且可以多次采用图1D来进行放大，将激光器的能量提高数倍。

本发明的核心是在于集合了各类激光器的优点，实现了脉冲宽度和重复频率可调的高能量激光输出，所以本发明保护范围并不限于上述实施案例。所有基于此结构的改动和变化都在保护范围内。

Claims (1)

1.一种高能量超短脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器，其特征在于具体步骤如下：1）首先由驱动控制器控制半导体激光器发射一个小能量的激光信号，该激光信号的脉冲宽度可通过控制器调节，同时信号发生器产生两路控制信号，一路用于控制半导体激光器频率，一路为分频信号，小能量激光输出后通过光斑整形耦合进光纤进行输出；

2）然后将光纤耦合输出的激光与光纤泵源通过合束器合成到一根光纤，并一起通过增益光纤，使用连续的泵浦方式，将激光器能量提升数个量级，得到的中能量的激光信号通过准直器进入空间输出；

3）最后通过同步泵浦的方式用固体激光器来对选单出来脉冲的进行放大，通过该方法可以规避高能量引起的非线性效应，同时可以规避高频下的热效应引起的激光不稳定性和器件的损坏。