CN113225133A - 窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法。包括：白噪声源，产生白噪声电信号；功率分配器，将白噪声电信号分为至少两路白噪声电信号；至少两个滤波器，滤除接收到的白噪声电信号中不必要的信号频率；至少两个射频放大器，每个射频放大器分别与滤波器相连，对电信号进行功率强度放大处理，得到放大后的白噪声电信号；至少两个可调衰减器，与射频放大器相连，对白噪声电信号进行衰减调整，并将调整后的白噪声电信号输出至相位调制器进行电光调制；单频激光器，用于输出预设波长和功率的激光；至少两个相位调制器，相位调制器还用于对接收到的激光进行光谱展宽处理，以得到光谱展宽后的目标光源。从而解决了光谱线宽展开不稳定的问题。

Description

窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，具体而言，涉及窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法。

背景技术

高功率窄线宽光纤激光器作为合成单元的光谱合成技术是实现数万瓦以上光纤激光的理想解决方案，但是由于光纤纤芯面积小、相互作用距离长的特殊结构，激光在光纤中传播时容易产生非线性效应。单频激光相位调制种子源是一种时域稳定的窄线宽光源，它利用铌酸锂相位调制器对激电信号进行外调制，通过改变施加在相位调制器上的调制信号的幅度和频率，将总激光功率均分在不同的频率上，使得信号光的谱功率密度明显降低，对应的受激布里渊散射增益变小，从而能够有效提高系统的受激布里渊散射效应阈值。随着光纤激光向着高能化方向发展，相位调制法用于高功率光纤放大器中受激布里渊散射效应抑制的研究也得到越来越多的关注，被认为是主振荡放大结构高功率窄线宽光纤激光器的最佳种子源技术方案。由于相位调制器的半波电压随频率增加而增加，会影响白噪声调制光谱展开的均匀性和后续激光放大效果，且白噪声电信号功率强度波动也会引起光谱线宽展开不稳定，极易引起激光器产生自脉冲，危害激光器的稳定运行。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法，以至少解决光谱线宽展开不稳定的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种窄线宽种子源，包括：白噪声源，用于产生固定频率带宽的白噪声电信号；功率分配器，用于接收上述白噪声电信号，并按照预设功率分配比例将上述白噪声电信号分为至少两路电信号对应输入两个滤波器，每个上述滤波器分别设置有滤波范围，每个上述滤波器用于滤除从上述功率分配器接收到的一路上述电信号中的不必要的信号频率，得到滤波后的电信号；至少两个射频放大器，每个上述射频放大器分别与上述滤波器相连，用于对接收到的上述滤波后的电信号进行功率强度放大处理，得到放大后的电信号；至少两个可调衰减器，每个上述可调衰减器分别与上述射频放大器相连，用于对接收到的上述放大后的电信号进行衰减调整，并将调整后的电信号输出至相位调制器进行电光调制；单频激光器，用于输出预设波长和功率的激光；至少两个上述相位调制器，每个上述相位调制器还用于对接收到的上述激光进行光谱展宽处理，以得到光谱展宽后的目标光源。

作为一种可选的方案，至少两个上述相位调制器与上述单频激光器是级联关系，上述单频激光器输出的激光将依次输入每个上述相位调制器，以对上述激光进行多次光谱展宽处理。

作为一种可选的方案，上述至少两个上述相位调制器包括：第一带宽相位调制器和第二带宽相位调制器相连，上述第一带宽相位调制器的带宽区间小于第二带宽相位调制器的带宽区间，其中，在上述第一带宽相位调制器对上述激光进行光谱展宽处理后，再通过上述第二带宽相位调制器进行光谱展宽处理。

作为一种可选的方案，在上述第二带宽相位调制器对上述激光进行光谱展宽处理后，再通过上述第一带宽相位调制器进行光谱展宽处理。

作为一种可选的方案，上述功率分配器将上述白噪声电信号分为第一路电信号和第二路电信号，上述第一路电信号的功率和上述第二路电信号的功率比例为1比1。

作为一种可选的方案，上述滤波器包括第一滤波器和第二滤波器，上述第一滤波器用于接收第一白噪声电信号，并对上述第一白噪声电信号进行滤波，上述第二滤波器用于接收第二白噪声电信号，并对上述第二白噪声电信号进行滤波。

作为一种可选的方案，上述射频放大器包括第一射频放大器和第二射频放大器，上述第一射频放大器用于接收滤波后的第一白噪声电信号，并对上述第一白噪声电信号的功率进行放大，上述第二射频放大器用于接收滤波后的第二白噪声电信号，并对上述第二白噪声电信号的功率进行放大。

作为一种可选的方案，上述至少两个可调衰减器包括第一可调衰减器和第二可调衰减器，上述第一可调衰减器用于接收放大后的第一白噪声电信号，上述第二可调衰减器用于接收放大后的第二白噪声电信号。

根据本发明实施例的又一方面，本发明还提供一种激光光谱展宽的方法，包括：白噪声源产生固定频率带宽的白噪声电信号，并将上述白噪声电信号分配给功率分配器；上述功率分配器将按照预设功率分配比例将上述白噪声电信号分为至少两路白噪声电信号，并将分路后的白噪声电信号传输给对应的滤波器；上述滤波器对对应的上述分路后的白噪声电信号进行滤波，并将滤波后的白噪声电信号传输给对应射频放大器；上述射频放大器根据接收的上述白噪声电信号进行放大，并将上述放大后的白噪声电信号输入值可调衰减器；上述可调衰减器对上述白噪声进行精调，并将精调后的上述白噪声传输给相位调制器进行电光调制；单频激光器产生激光，并将上述激光传输到上述相位调制器进行光谱展宽；其中，上述相位调制器包括至少两个上述相位调制器，用于对上述激光进行至少两次光谱展宽处理。

作为一种可选的方案，上述单频激光器产生激光，并将上述激光传输到上述相位调制器进行光谱展宽包括：在第一带宽相位调制器对上述激光进行光谱展宽处理后，再通过第二带宽相位调制器进行光谱展宽处理，上述第一带宽相位调制器和上述第二带宽相位调制器带宽范围不同。

在本发明实施例中，通过本发明通过白噪声源经功率分配器等比例分成至少两路白噪声电信号，再根据相位调制器所需信号参数，将至少两路白噪声电信号分别经滤波、放大、衰减产生所需的高平坦度白噪声电信号，并输入至相应相位调制器。利用至少两个相位调制器构成联级白噪声调制，并且加载大于相位调制器工作带宽的白噪声电信号以获得均匀的光谱展宽，解决了白噪声调制光谱展开的不均性和不稳定问题，有效提高了激光器受激布里渊阈值，进而提高激光器可输出功率，同时保证激光器的稳定运行。

本发明通过窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法，解决了光谱线宽展开不稳定的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的窄线宽种子源的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的激光光谱展宽方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

高功率窄线宽光纤激光器作为合成单元的光谱合成技术是实现数万瓦以上光纤激光的理想解决方案，但是由于光纤纤芯面积小、相互作用距离长的特殊结构，激光在光纤中传播时容易产生非线性效应。单频激光相位调制种子源是一种时域稳定的窄线宽光源，它利用铌酸锂相位调制器对激电信号进行外调制，通过改变施加在相位调制器上的调制信号的幅度和频率，将总激光功率均分在不同的频率上，使得信号光的谱功率密度明显降低，对应的受激布里渊散射增益变小，从而能够有效提高系统的受激布里渊散射效应阈值。随着光纤激光向着高能化方向发展，相位调制法用于高功率光纤放大器中受激布里渊散射效应抑制的研究也得到越来越多的关注，被认为是主振荡放大结构高功率窄线宽光纤激光器的最佳种子源技术方案。由于相位调制器的半波电压随频率增加而增加，会影响白噪声调制光谱展开的均匀性和后续激光放大效果，且白噪声电信号功率强度波动也会引起光谱线宽展开不稳定，极易引起激光器产生自脉冲，危害激光器的稳定运行。

针对上述的问题，本发明提供一种窄线宽种子源，包括：白噪声源，用于产生固定频率带宽的白噪声电信号；功率分配器，用于接收上述白噪声电信号，并按照预设功率分配比例将上述白噪声电信号分为至少两路电信号至少两个滤波器，每个上述滤波器分别设置有滤波范围，每个上述滤波器用于滤除从上述功率分配器接收到的一路上述电信号中的白噪声频率，得到滤波后的电信号；至少两个射频放大器，每个上述射频放大器分别与上述滤波器相连，用于对接收到的上述滤波后的电信号进行功率强度放大处理，得到放大后的电信号；至少两个可调衰减器，每个上述可调衰减器分别与上述射频放大器相连，用于对接收到的上述放大后的电信号进行衰减调整，并将调整后的电信号输出至相位调制器进行电光调制；单频激光器，用于输出预设波长和功率的激光；至少两个上述相位调制器，每个上述相位调制器还用于对接收到的上述激光进行光谱展宽处理，以得到光谱展宽后的目标光源。

在本实施例中，至少两个相位调制器与单频激光器是级联关系，单频激光器输出的激光将依次输入每个相位调制器，以对激光进行多次光谱展宽处理。

在本实施例中，至少两个相位调制器包括：第一带宽相位调制器和第二带宽相位调制器相连，第一带宽相位调制器的带宽区间小于第二带宽相位调制器的带宽区间，其中，在第一带宽相位调制器对激光进行光谱展宽处理后，再通过第二带宽相位调制器进行光谱展宽处理。

在本实施例中，在第二带宽相位调制器对激光进行光谱展宽处理后，再通过第一带宽相位调制器进行光谱展宽处理。

根据本发明实施例的一个方面，如图1所示，提供一种窄线宽种子源，包括：白噪声源1、功率分配器2、滤波器3、滤波器4、射频放大器5、射频放大器6、可调衰减器7、可调衰减器8、单频激光器9、相位调制器10、相位调制器11，其中：

白噪声源1用于产生固定频率带宽的白噪声低功率信号，输出白噪声电信号给功率分配器2；

功率分配器2用于将一路白噪声源均分成两路白噪声电信号，分别输出至滤波器3和滤波器4；

滤波器3可以设置滤波范围，用于滤除白噪声电信号的相应频率，并输出滤波后的白噪声电信号至射频放大器5；

射频放大器5用于对输入的白噪声电信号进行功率强度放大至可用范围，并将放大后的白噪声电信号输入至可调衰减器7；

可调衰减器7用于精调白噪声电信号输出功率，并输入白噪声电信号至相位调制器10；

滤波器4可以设置滤波范围，用于滤除白噪声电信号的相应频率，输出滤波后的白噪声电信号至射频放大器6；

射频放大器6用于对输入的白噪声电信号进行功率强度放大至可用范围，并将放大后的白噪声电信号输入至可调衰减器8；

可调衰减器8用于精调白噪声电信号输出功率，并输入白噪声电信号至相位调制器11；

单频激光器9用于输出指定波长和功率的单频激光，单频激光输出至相位调制器10；

相位调制器10可根据可调衰减器7输入的白噪声电信号对单频激光器9输入的信号光进行相位调制，实现光谱展宽，并将展宽的信号光输入至相位调制11；

相位调制器11可根据可调衰减器8输入的白噪声电信号对相位调制器10输入的信号光进行相位调制，进一步均匀地展宽光谱，并将展宽的信号光输入至后续光路。

进一步的：加载大于相位调制器工作带宽的白噪声电信号，通过相位调制器本身滤除超出相位调制器带宽的高频段电信号，以获得更均匀的光谱展宽。

进一步的：白噪声源1输出频率带宽范围为0～5GHz，功率谱平坦度小于10dBm；功率分配器2功率分配比为1:1；滤波器3和滤波器4带通范围为0～5GHz；射频放大器5和射频放大器6频率带宽范围均为0～5GHz，放大功率均为30dBm；可调衰减器7和可调衰减器8带宽频率范围0～5GHz，衰减范围30dB，衰减微调步进1dB；单频激光器9，波长1～1.1μm，线宽为KHz～MHz，输出激光功率10mW～100mW；相位调制器10采用铌酸锂电光晶体，电光带宽0.5GHz，半波电压小于3V，插入损耗小于5dB；相位调制器11采用铌酸锂电光晶体，电光带宽3GHz，半波电压小于4V，插入损耗小于5dB。

如图2所示，本发明还提供一种激光光谱展宽的办法，包括：

S202：白噪声源产生固定频率带宽的白噪声电信号，并将白噪声电信号分配给功率分配器；

S204：功率分配器将按照预设功率分配比例将白噪声电信号分为至少两路白噪声电信号，并将分路后的白噪声电信号传输给对应的滤波器；

S206：滤波器对对应的分路后的白噪声电信号进行滤波，并将滤波后的白噪声电信号传输给对应射频放大器；

S208：射频放大器根据接收的白噪声电信号进行放大，并将放大后的白噪声电信号输入值可调衰减器；

S210：可调衰减器对白噪声进行精调，并将精调后的白噪声传输给相位调制器进行电光调制；

S212：激光器产生激光，并将激光传输到相位调制器进行光谱展宽；其中，相位调制器包括至少两个相位调制器，用于对激光进行至少两次光谱展宽处理。

在本实施例中，步骤S206中，滤波器的滤除条件是相位调制器的带通范围，滤除位于相位调制器带通范围外的噪声频率，保留能对相位调制器产生有效调制的电信号频率。步骤S208中，可以将白噪声信号放大到1瓦。步骤S212激光器产生激光，并将激光传输到相位调制器进行光谱展宽包括：在第一带宽相位调制器对激光进行光谱展宽处理后，再通过第二带宽相位调制器进行光谱展宽处理，第一带宽相位调制器和第二带宽相位调制器频率不同。根据第一带宽相位调制器和第二带宽相位调制器展宽激光光谱所需的白噪声电信号功率强度，还可以调整所述第一可调衰减器和所述第二可调衰减器的白噪声电信号衰减幅度。

根据上述一种窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法。

作为一种可选的实施方式，可以参考如下步骤：

白噪声源1输出频率带宽范围为0～5GHz，功率谱平坦度小于10dBm；功率分配器2功率分配比为1:1；滤波器3选用带通范围为0～1GHz；滤波器4选用带通范围为0～4GHz；射频放大器5带宽范围为0～5GHz，放大功率输出为30dBm；射频放大器6带宽范围为0～5GHz，放大功率输出为30dBm；可调衰减器7设置衰减0dB；可调衰减器8设置衰减0dB；相位调制器10的参数为电光带宽0.5GHz，半波电压小于3V，插入损耗小于4dB；相位调制器11的参数为电光带宽3GHz，半波电压小于4V，插入损耗小于4dB；单频激光器9输出波长1.06μm，线宽1MHz，功率70mW信号激光；信号激光经过相位调制器10后实现约5GHz展宽，再经过相位调制器11后实现约30GHz展宽，最终实现约10mW30GHz1.06μm窄线宽激光输出。

作为另一种可选的实施方式，可以参考如下步骤：

白噪声源1输出频率带宽范围为0～5GHz，功率谱平坦度小于10dBm；功率分配器2功率分配比为1:1；滤波器3选用带通范围为0～2GHz；滤波器4选用带通范围为0～5GHz；射频放大器5带宽范围为0～5GHz，放大功率输出为30dBm；射频放大器6带宽范围为0～5GHz，放大功率输出为30dBm；可调衰减器7设置衰减2dB；可调衰减器8设置衰减2dB；相位调制器10的参数为电光带宽0.5GHz，半波电压小于3V，插入损耗小于5dB；相位调制器11的参数为电光带宽3GHz，半波电压小于4V，插入损耗小于5dB；单频激光器9输出波长1.05μm，线宽100KHz，功率100mW信号激光；信号激光经过相位调制器10后实现约5GHz展宽，再经过相位调制器11后实现约30GHz展宽，最终实现约10mW30GHz1.05μm窄线宽激光输出。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个采集单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种窄线宽种子源，其特征在于，包括：

白噪声源，用于产生固定频率带宽的白噪声电信号；

功率分配器，用于接收所述白噪声电信号，并按照预设功率分配比例将所述白噪声电信号分为至少两路电信号；

至少两个滤波器，每个所述滤波器分别设置有滤波范围，每个所述滤波器用于滤除从所述功率分配器接收到的一路所述白噪声电信号中不必要的信号频率，得到滤波后的电信号；

至少两个射频放大器，每个所述射频放大器分别与所述滤波器相连，用于对接收到的所述滤波后的电信号进行功率强度放大处理，得到放大后的电信号；

至少两个可调衰减器，每个所述可调衰减器分别与所述射频放大器相连，用于对接收到的所述放大后的电信号进行衰减调整，并将调整后的电信号输出至相位调制器进行电光调制；

单频激光器，用于输出预设波长和功率的激光；

至少两个所述相位调制器，每个所述相位调制器还用于对接收到的所述激光进行光谱展宽处理，以得到光谱展宽后的目标光源。

2.根据权利要求1所述的窄线宽种子源，其特征在于，至少两个所述相位调制器与所述单频激光器是级联关系，所述单频激光器输出的激光将依次输入每个所述相位调制器，以对所述激光进行多次光谱展宽处理。

3.根据权利要求2所述的窄线宽种子源，其特征在于，所述至少两个所述相位调制器包括：第一带宽相位调制器和第二带宽相位调制器相连，所述第一带宽相位调制器的带宽区间小于第二带宽相位调制器的带宽区间，其中，在所述第一带宽相位调制器对所述激光进行光谱展宽处理后，再通过所述第二带宽相位调制器进行光谱展宽处理。

4.根据权利要求3所述的窄线宽种子源，其特征在于，在所述第二带宽相位调制器对所述激光进行光谱展宽处理后，再通过所述第一带宽相位调制器进行光谱展宽处理。

5.根据权利要求1所述的窄线宽种子源，其特征在于，所述功率分配器将所述白噪声电信号分为第一路电信号和第二路电信号，所述第一路电信号的功率和所述第二路电信号的功率比例为1比1。

6.根据权利要求1所述的窄线宽种子源，其特征在于，所述滤波器包括第一滤波器和第二滤波器，所述第一滤波器用于接收第一白噪声电信号，并对所述第一白噪声电信号进行滤波，所述第二滤波器用于接收第二白噪声，并对所述第二白噪声电信号进行滤波。

7.根据权利要求6所述的窄线宽种子源，其特征在于，所述射频放大器包括第一射频放大器和第二射频放大器，所述第一射频放大器用于接收滤波后的第一白噪声电信号，并对所述第一白噪声电信号的功率进行放大，所述第二射频放大器用于接收滤波后的第二白噪声电信号，并对所述第二白噪声电信号的功率进行放大。

8.根据权利要求7所述的窄线宽种子源，其特征在于，所述至少两个可调衰减器包括第一可调衰减器和第二可调衰减器，所述第一可调衰减器用于接收放大后的第一白噪声电信号，所述第二可调衰减器用于接收放大后的第二白噪声电信号。

9.一种激光光谱展宽的方法，其特征在于，包括：

白噪声源产生固定频率带宽的白噪声电信号，并将所述白噪声电信号分配给功率分配器；

所述功率分配器将按照预设功率分配比例将所述白噪声电信号分为至少两路白噪声电信号，并将分路后的白噪声电信号传输给对应的滤波器；

所述滤波器对对应的所述分路后的白噪声电信号进行滤波，并将滤波后的白噪声电信号传输给对应射频放大器；

所述射频放大器根据接收的所述白噪声电信号进行放大，并将所述放大后的白噪声电信号输入值可调衰减器；

所述可调衰减器对所述白噪声电信号功率进行精调，并将精调后的所述白噪声电信号传输给相位调制器进行电光调制；

单频激光器产生激光，并将所述激光传输到所述相位调制器进行光谱展宽；

其中，所述相位调制器包括至少两个所述相位调制器，用于对所述激光进行至少两次光谱展宽处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述单频激光器产生激光，并将所述激光传输到所述相位调制器进行光谱展宽包括：

在第一带宽相位调制器对所述激光进行光谱展宽处理后，再通过第二带宽相位调制器进行光谱展宽处理，所述第一带宽相位调制器和所述第二带宽相位调制器带宽范围不同。

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