CN113991410A - 基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法和系统,包括相位调制驱动电信号生成及精确控制、光纤激光器种子源光谱展宽及光纤中的反向受激布里渊散射效应阈值测量。采用一个窄线宽、功率较低的连续光纤激光器作为种子源,经过相位调制器进行高阶相位调制的光谱展宽,信号源生成自定义的相位调制器多频驱动电信号,通过对多频驱动电信号的频率、带宽、幅度和相位进行精确的控制,实现对展宽光谱的灵活管理,获得带内平坦、边缘陡峭的光谱,减少带内随机脉冲以提升光纤放大环路的布里渊散射效应阈值,从而提升光纤激光器系统的功率转化效率和输出功率,进一步通过频率合成可以用于工业精细加工、军事打击等领域。
Description
技术领域
本发明涉及高功率窄线宽连续光纤激光器的种子源光谱展宽与受激布里渊散射效应抑制技术领域,具体地,涉及一种基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法和系统。
背景技术
超高功率光纤激光器具有全固态、转换效率高、光束质量好、热管理方便和结构紧凑等优势,可以输出高功率、高光束质量的激光,在工业加工和军事攻防等领域具有重要的应用价值。窄线宽光纤激光器更因输出激光具有较窄的线宽,在相干合成、谱合成和频率转换等重要研究领域发挥着不可替代的作用。窄线宽光纤激光由于传输功率高,纤芯截面小,声光相互作用长,容易产生各类非线性效应,主要包括受激布里渊散(StimulatedBrillouin Scattering,SBS)效应、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)效应、四波混频(Four Wave Mixing,FWM)效应和自相位调制(Self-phase Modulation,SPM)效应等。其中,光纤中的SBS效应为阈值最低的非线性效应,是限制高功率窄线宽光纤激光器功率提升的主要因素。
基于主振荡放大(Master Oscillator PowerAmplifier,MOPA)结构的全光纤激光器无需复杂的空间光路调节,具有结构紧凑、稳定性高以及输出光容易导出等优点,但同样受SBS非线性效应的限制。通过相位调制的方法,展宽种子激光线宽,降低布里渊增益峰值来抑制光纤中的SBS效应,具有易操作、SBS效应阈值提升能力强等优势,在高功率窄线宽光纤激光器中得到广泛的运用,对基于相位调制抑制SBS效应的研究也较为深入。2016年,P.Ma等人基于三电平正弦相位调制和保偏光纤放大器系统,获得了线宽为45GHz,功率为1.89W的线偏振激光输出,光束质量M2=1.3(P.Ma,R.Tao,R.Su,X.Wang,P.Zhou,andZ.Liu,“1.89kW all-fiberized and polarization-maintained amplifiers withnarrow linewidth and neat-diffraction-limitedbeam quality,”Opt.Express,vol.24,no.4,pp.4187–4195,Feb.2016.)。2017年,Su等人基于白噪声源(White NoiseSignal,WNS)相位调制获得了2.43kW的输出激光功率,线宽为68GHz(R.Su et al.,“2.43kWnarrow linewidth linearly polarized all-fiber amplifier based on modeinstability suppression,”Laser Phys.Lett.,vol.14,no.8,Aug.2017,Art.no.085102.)。2019年,中国工程物理研究院报道了一种基于WNS相位调制的1.5kW的保偏光纤放大器,其线宽为13GHz(Z.Chang et al.,“1.5kW polarization-maintainedYb-doped amplifier with 13GHz linewidth by suppressing the self-pulsing andstimulated Brillouin scattering,”Appl.Opt.,vol.58,no.23,pp.6419–6425,Aug.2019.)。
专利文献CN111564750B(申请号:CN202010420991.4)公开了一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法,对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制采用的相位调制信号为φf(t),其中φf(t)=rem(φ(t)/2π),实现单频激光光谱的展宽,以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。然而该专利无法缓解传统采用白噪声作为频谱展宽的驱动电信号,在激光放大时产生瞬态自脉冲效应的问题。
近年来,研究人员发现,除了非线性效应和模式不稳定性外,自脉冲效应已经成为限制这些采用WNS相位调制的窄线宽连续光纤激光器系统功率扩展的另一个严重限制因素。由于自脉冲具有峰值功率高、脉冲宽度短、随机性强等特点,已成为光纤器件的一大威胁。根据理论和实验分析,研究人员发现自脉冲与相位调制谱尖峰诱导的受激布里渊散射(SBS)脉冲有关。因此,抑制基于MOPA结构全光纤窄线宽光纤激光器中的SBS效应,提高其输出功率是本发明的主要研究目的。
本发明方案主要使用相位调制的办法对SBS效应进行抑制,并且重点集中在输入相位调制器的电信号谱型控制上,以实现自定义光谱调控系统,在相同带宽的电信号驱动下,通过优化驱动电信号谱型,获得更宽的展宽带宽。在光束合成领域,使用大功率窄线宽光纤激光器作为合成单元的相干合成和频谱合成技术是实现数万瓦光纤激光器的理想解决方案。因此,本领域的技术人员致力于开发一种光谱波形可控的种子源光谱展宽方案,以满足军、民、商业的应用需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法和系统。
根据本发明提供的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,包括:
步骤1:通过种子源输出预设波长和功率的连续窄线宽激光信号;
步骤2:将步骤1中种子源输出的信号经过一个相位调制器,通过高阶外相位调制的方式对种子源的光谱带宽进行展宽;
步骤3:仿真设计多频驱动信号,对多频驱动信号的谱形、带宽、频率间隔和相位进行管理与控制;
步骤4:将步骤3中的多频驱动信号加载到信号发生器,生成波形可控的相位调制器的驱动电信号;
步骤5:将步骤4中信号发生器的输出电信号经过射频功率放大器后,送入相位调制器射频输入端口;
步骤6:将步骤2中相位调制器输出的信号通过一个光耦合器分为两路,将一路光信号经过光隔离器和高功率光放大器,对光谱展宽后的种子源信号进行放大处理;将另一路光信号输入光谱仪,进行光谱的测量与记录;
步骤7:将放大处理后的光信号依次输入光环形器和一段增益光纤;
步骤8:测量步骤7中光纤输出信号的光谱和功率;
步骤9:通过步骤7的光环形器,测量增益光纤的反向非线性效应的功率。
优选的,采用单个相位调制器,以预设高功率电信号驱动提升调制深度,生成高阶相位调制边带对种子源进行光谱展宽,若采用级联的高阶相位调制,则可对种子源光谱做进一步展宽。
优选的,所述驱动电信号的波形设计通过仿真软件实现,对电信号的每一支梳齿的频率、带宽、频率间隔、相位、波形进行MHz量级的自定义控制。
优选的,将功率放大后的驱动电信号经过一个低通滤波器滤除谐波,然后输入相位调制器。
优选的,所述信号发生器为任意波形发生器,或其他可输出自定义波形的微波源。
优选的,在所述相位调制器后添加一个光隔离器,隔离反向回光。
优选的,通过对多频信号的幅度包络进行调节,从而进行驱动电信号波形设计,弥补光、电器件在高频处的低响应度引起的带内幅度不平坦,包络形状包括矩形、高斯型和三角型。
优选的,所述增益光纤包括标准单模光纤、高非线性光纤和掺杂光纤。
优选的,通过测量正向的展宽光谱和反向的光功率,对种子源功率转化效率进行评估,若展宽光谱越宽,带内幅度越平坦,反向光功率越小,则对环路中的非线性效应抑制度越高,激光器输出功率越高。
根据本发明提供的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制系统,包括:
模块M1:通过种子源输出预设波长和功率的连续窄线宽激光信号;
模块M2:将模块M1中种子源输出的信号经过一个相位调制器,通过高阶外相位调制的方式对种子源的光谱带宽进行展宽;
模块M3:仿真设计多频驱动信号,对多频驱动信号的谱形、带宽、频率间隔和相位进行管理与控制;
模块M4:将模块M3中的多频驱动信号加载到信号发生器,生成波形可控的相位调制器的驱动电信号;
模块M5:将模块M4中信号发生器的输出电信号经过射频功率放大器后,送入相位调制器射频输入端口;
模块M6:将模块M2中相位调制器输出的信号通过一个光耦合器分为两路,将一路光信号经过光隔离器和高功率光放大器,对光谱展宽后的种子源信号进行放大处理;将另一路光信号输入光谱仪,进行光谱的测量与记录;
模块M7:将放大处理后的光信号依次输入光环形器和一段增益光纤;
模块M8:测量模块M7中光纤输出信号的光谱和功率;
模块M9:通过模块M7的光环形器,测量增益光纤的反向非线性效应的功率。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明提出利用仿真设计和任意波形发生器,实现自定义多频高阶相位调制信号管理技术,相同的驱动电信号带宽下,可以获得更宽的展宽光谱,借助优化信号的宽谱特性,降低种子源的平均光功率,进而缓解传统采用白噪声作为频谱展宽的驱动电信号,在激光放大时产生瞬态自脉冲效应的问题,降低高功率光纤激光器放大环路对非线性效应的敏感度,为提升在高功率光纤激光器中的应用奠定基础。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1是本发明实施例的一种基于自定义多频信号调制的种子源非线性效应抑制方法的实验框图;
图2是本发明实施例的频率为10MHz-1GHz,频率间隔为10MHz的矩型多频驱动电信号的频域和时域MATLAB仿真图;
图3是本发明实施例的频率为10MHz-1GHz,频率间隔为10MHz的矩型多频电信号驱动下,经高阶相位调制后种子源信号的MATLAB频域仿真图;
图4是本发明实施例的频率为10MHz-1GHz,频率间隔为10MHz的三次函数型包络多频驱动电信号的频域和时域MATLAB仿真图;
图5是本发明实施例的频率为10MHz-1GHz,频率间隔为10MHz的三次函数型包络多频电信号驱动下,高阶相位调制后种子源信号的MATLAB频域仿真图;
图6是本发明实施例的频率为10MHz-2.5GHz,频率间隔为10MHz,m=0-4时,不同包络多频电信号驱动下,高阶相位调制后种子源信号的光谱测量图;
图7是本发明实施例的频率为10MHz-2.5GHz,频率间隔为10MHz,m=4-10时,不同包络多频电信号驱动下,高阶相位调制后种子源信号的光谱测量图;
图8是本发明实施例的频率为10MHz-2.5GHz,频率间隔为10MHz,m=10,20,100时,不同包络多频电信号驱动下,高阶相位调制后种子源信号的光谱测量图;
图9是本发明实施例的频率为10MHz-2.5GHz,不同频率间隔四次函数型包络多频电信号驱动下,高阶相位调制后种子源信号的光谱测量图;
图10是本发明实施例的不同波形的外部驱动电信号下,激光器放大链路的反向SBS效应阈值测量图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例:
本发明针对传统采用白噪声相位调制对种子源进行光谱展宽时,存在展宽带宽有限以及自脉冲现象严重的问题,利用任意波形发生器可对输出电信号进行自定义设计的优点,提出一种基于单个高阶相位调制器和自定义多频驱动电信号设计的种子源光频谱展宽方案,降低激光功率放大链路对非线性效应的敏感度,提升泵浦功率的转化效率,实现带宽达10GHz以上、调节精度达MHz量级的展宽频谱,验证输出高功率激光的可行性。
如图1所示,在本发明的实施方式中,主要包括驱动电信号的生成及频谱控制、种子光信号频谱展宽、种子光信号功率放大与传输、反向受激布里渊散射效应阈值测量。具体包括以下步骤:
步骤1、如图1本发明实施例的实验框图所示,种子源输出波长为1550nm,功率为100mW的保偏光信号,输入光谱控制模块进行光谱的展宽管理;
步骤2、光谱控制模块主要包括驱动电信号的生成与放大,高阶相位调制与谱形管理;其中,驱动电信号的生成是通过Matlab仿真设计自定义的驱动电信号,控制任意波形发生器输出获得;种子光谱的带宽展宽是高功率的射频信号驱动一个3dB模拟带宽为10GHz的保偏相位调制器,进而产生高阶相位调制边带实现的;
步骤3、理论上,若包括任意波形发生器、功率放大器、相位调制器在内的光谱展宽模块具有理想的线性响应,当驱动电信号为矩型多频信号时,种子源展宽光谱也为幅度平坦的光谱,但由于光、电器件的非线性响应,信号在高频处的响应度会有一定程度的降低。以频域幅度为矩形包络的驱动电信号为例,仿真获得的频率为10MHz-1GHz,频率间隔为10MHz的多频驱动电信号的频域和时域Matlab仿真图如图2所示,对应获得的高阶相位调制信号的频域仿真图如图3所示。因此,需要通过精确的谱形控制,弥补器件非线性带来的谱形误差。通过自定义驱动电信号,获得频率为10MHz-1GHz,频率间隔为10MHz的三次函数型包络多频驱动电信号的频域和时域Matlab仿真图如图4所示,对应的高阶相位调制信号的频域仿真图如图5所示。对比图3与图5可见,展宽带宽获得大范围提升,验证了通过Matlab仿真设计驱动电信号的波形,在高调制深度下,可以对种子源展宽光谱进行调控;
步骤4、种子源信号经过相位调制器后,通过一个耦合系数为50:50的保偏光耦合器分为两路,第一路信号输入光谱仪进行光谱测量,另一路信号送入光功率放大链路;
步骤5、进一步,实验测量了经过光谱控制模块的种子源展宽光谱,光谱测量以中心波长为1549.6nm的种子源为例,设多频驱动信号的幅度在频域的谱型为Pamp=Afn m,其中,A为归一化信号幅度,fn表示第n个信号,m、n为整数。当频率为10MHz-2.5GHz,频率间隔为10MHz,m=0-4时,不同包络多频电信号驱动下,高阶相位调制信号的光谱测量图如图6所示,随着谱线阶数m的增加,光谱峰值降低,带宽变宽;当m=4-10时,不同包络多频电信号驱动下,高阶相位调制信号的光谱测量图如图7所示,可见随着谱线阶数m的增加,光谱整体形状变化幅度不大;当m=10,20,100时,不同包络多频电信号驱动下,高阶相位调制信号的光谱测量图如图8所示,此时展宽光谱具有极大的不连续性。可见,对驱动电信号的谱型进行精确控制,极大地影响展宽信号的带宽;
步骤6、进一步地,实验分析驱动电信号频率间隔对光谱展宽的影响。当m=4,频率为10MHz-2.5GHz时,不同频率间隔四次函数型包络多频电信号驱动下,高阶相位调制信号的光谱测量图如图9所示。频率间隔变化过程中,光谱的峰值功率变化不明显;频率间隔从5MHz到10MHz变化时,光谱带宽明显增加;20MHz之后光谱带宽随着频率间隔增加反而减小;可见,过大或者过小的谱线间隔都会影响光谱带宽以及连续性;
步骤7、步骤6展宽后的种子光通过一个高功率光放大器,对信号功率进行放大处理,后从端口1输入一个光环形器的;
步骤8、步骤7所述光环形器端口2的输出经过一段12.5千米长的单模光纤后,输入光功率计进行激光器放大链路输出功率的测量,光环形器端口3的输出经过一个光功率计,进行反向SBS效应阈值的测量;
步骤9、当驱动电信号频率为10MHz-1GHz,频率间隔为20MHz,m=1,3时,光功率计测量获得激光器放大环路的反向SBS效应阈值图如图10所示,可见驱动电信号谱型为三次函数型时,SBS阈值有明显提高,充分验证了本方案的有效性。
本发明围绕下一代高功率连续光纤激光器的功率提升问题,致力于光纤激光器种子源的自定义频谱展宽控制,通过研究自定义多频调制信号和相位调制模型,提出对高阶、多电平相位调制信号进行高精度的管理,在相同带宽的电信号驱动下,获得更宽的展宽光谱,并提升种子源展宽光谱的带内功率稳定度与平坦度,保证激光的高效率输出,对光纤激光器功率放大链路的功率转化效率提升、光束质量提升提供系统指导与优化设计。
综上所述,本发明提出了一种基于自定义多频信号调制的种子源非线性效应抑制方法,通过结合自定义驱动电信号设计和高阶相位调制,实现了对种子源展宽的高精度波形控制,采用低带宽的驱动电信号,获得更宽的展宽光谱,提高放大链路的受激布里渊散射效应阈值,以满足在激光切割、焊接等领域的实用价值。
根据本发明提供的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制系统,包括:模块M1:通过种子源输出预设波长和功率的连续窄线宽激光信号;模块M2:将模块M1中种子源输出的信号经过一个相位调制器,通过高阶外相位调制的方式对种子源的光谱带宽进行展宽;模块M3:仿真设计多频驱动信号,对多频驱动信号的谱形、带宽、频率间隔和相位进行管理与控制;模块M4:将模块M3中的多频驱动信号加载到信号发生器,生成波形可控的相位调制器的驱动电信号;模块M5:将模块M4中信号发生器的输出电信号经过射频功率放大器后,送入相位调制器射频输入端口;模块M6:将模块M2中相位调制器输出的信号通过一个光耦合器分为两路,将一路光信号经过光隔离器和高功率光放大器,对光谱展宽后的种子源信号进行放大处理;将另一路光信号输入光谱仪,进行光谱的测量与记录;模块M7:将放大处理后的光信号依次输入光环形器和一段增益光纤;模块M8:测量模块M7中光纤输出信号的光谱和功率;模块M9:通过模块M7的光环形器,测量增益光纤的反向非线性效应的功率。
采用单个相位调制器,以预设高功率电信号驱动提升调制深度,生成高阶相位调制边带对种子源进行光谱展宽,若采用级联的高阶相位调制,则可对种子源光谱做进一步展宽。所述驱动电信号的波形设计通过仿真软件实现,对电信号的每一支梳齿的频率、带宽、频率间隔、相位、波形进行MHz量级的自定义控制。将功率放大后的驱动电信号经过一个低通滤波器滤除谐波,然后输入相位调制器。所述信号发生器为任意波形发生器,或其他可输出自定义波形的微波源。在所述相位调制器后添加一个光隔离器,隔离反向回光。通过对多频信号的幅度包络进行调节,从而进行驱动电信号波形设计,弥补光、电器件在高频处的低响应度引起的带内幅度不平坦,包络形状包括矩形、高斯型和三角型。所述增益光纤包括标准单模光纤、高非线性光纤和掺杂光纤。通过测量正向的展宽光谱和反向的光功率,对种子源功率转化效率进行评估,若展宽光谱越宽,带内幅度越平坦,反向光功率越小,则对环路中的非线性效应抑制度越高,激光器输出功率越高。
本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以,本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,包括:
步骤1:通过种子源输出预设波长和功率的连续窄线宽激光信号;
步骤2:将步骤1中种子源输出的信号经过一个相位调制器,通过高阶外相位调制的方式对种子源的光谱带宽进行展宽;
步骤3:仿真设计多频驱动信号,对多频驱动信号的谱形、带宽、频率间隔和相位进行管理与控制;
步骤4:将步骤3中的多频驱动信号加载到信号发生器,生成波形可控的相位调制器的驱动电信号;
步骤5:将步骤4中信号发生器的输出电信号经过射频功率放大器后,送入相位调制器射频输入端口;
步骤6:将步骤2中相位调制器输出的信号通过一个光耦合器分为两路,将一路光信号经过光隔离器和高功率光放大器,对光谱展宽后的种子源信号进行放大处理;将另一路光信号输入光谱仪,进行光谱的测量与记录;
步骤7:将放大处理后的光信号依次输入光环形器和一段增益光纤;
步骤8:测量步骤7中光纤输出信号的光谱和功率;
步骤9:通过步骤7的光环形器,测量增益光纤的反向非线性效应的功率。
2.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,采用单个相位调制器,以预设高功率电信号驱动提升调制深度,生成高阶相位调制边带对种子源进行光谱展宽,若采用级联的高阶相位调制,则可对种子源光谱做进一步展宽。
3.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,所述驱动电信号的波形设计通过仿真软件实现,对电信号的每一支梳齿的频率、带宽、频率间隔、相位、波形进行MHz量级的自定义控制。
4.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,将功率放大后的驱动电信号经过一个低通滤波器滤除谐波,然后输入相位调制器。
5.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,所述信号发生器为任意波形发生器,或其他可输出自定义波形的微波源。
6.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,在所述相位调制器后添加一个光隔离器,隔离反向回光。
7.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,通过对多频信号的幅度包络进行调节,从而进行驱动电信号波形设计,弥补光、电器件在高频处的低响应度引起的带内幅度不平坦,包络形状包括矩形、高斯型和三角型。
8.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,所述增益光纤包括标准单模光纤、高非线性光纤和掺杂光纤。
9.根据权利要求1所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,其特征在于,通过测量正向的展宽光谱和反向的光功率,对种子源功率转化效率进行评估,若展宽光谱越宽,带内幅度越平坦,反向光功率越小,则对环路中的非线性效应抑制度越高,激光器输出功率越高。
10.一种基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制系统,其特征在于,采用权利要求1~9中任一项所述的基于光谱控制的光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制方法,包括:
模块M1:通过种子源输出预设波长和功率的连续窄线宽激光信号;
模块M2:将模块M1中种子源输出的信号经过一个相位调制器,通过高阶外相位调制的方式对种子源的光谱带宽进行展宽;
模块M3:仿真设计多频驱动信号,对多频驱动信号的谱形、带宽、频率间隔和相位进行管理与控制;
模块M4:将模块M3中的多频驱动信号加载到信号发生器,生成波形可控的相位调制器的驱动电信号;
模块M5:将模块M4中信号发生器的输出电信号经过射频功率放大器后,送入相位调制器射频输入端口;
模块M6:将模块M2中相位调制器输出的信号通过一个光耦合器分为两路,将一路光信号经过光隔离器和高功率光放大器,对光谱展宽后的种子源信号进行放大处理;将另一路光信号输入光谱仪,进行光谱的测量与记录;
模块M7:将放大处理后的光信号依次输入光环形器和一段增益光纤;
模块M8:测量模块M7中光纤输出信号的光谱和功率;
模块M9:通过模块M7的光环形器,测量增益光纤的反向非线性效应的功率。
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN117490985A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-02-02 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种受激布里渊散射在线监测方法、系统、设备及介质 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101567725A (zh) * | 2008-04-21 | 2009-10-28 | 于健伟 | 基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法及装置 |
CN111509536A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-08-07 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 基于周期噪声相位调制的窄线宽光纤激光光谱展宽装置 |
CN111564750A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-21 | 中国人民解放军国防科技大学 | 抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法 |
CN113225133A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法 |
-
2021
- 2021-10-28 CN CN202111264927.2A patent/CN113991410A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101567725A (zh) * | 2008-04-21 | 2009-10-28 | 于健伟 | 基于多频相位调制的受激布里渊散射抑制方法及装置 |
CN111509536A (zh) * | 2020-03-25 | 2020-08-07 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 基于周期噪声相位调制的窄线宽光纤激光光谱展宽装置 |
CN111564750A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-21 | 中国人民解放军国防科技大学 | 抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法 |
CN113225133A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-06 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117490985A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-02-02 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种受激布里渊散射在线监测方法、系统、设备及介质 |
CN117490985B (zh) * | 2023-12-29 | 2024-04-26 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种受激布里渊散射在线监测方法、系统、设备及介质 |
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