CN115832845A - 一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统 - Google Patents

Abstract

一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统，包括泵浦光种子源、声光调制器、光纤分束器、光参量振荡器泵浦光放大链路、光参量振荡器、折转光路、延时光纤、光参量放大器泵浦光放大链路及光参量放大器。泵浦光种子源经声光调制器成为具有一定重复频率和特定波形的脉冲激光，经光纤分束器分为两路，一路经光参量振荡器泵浦光放大链路后泵浦光参量振荡器，输出的信号光经折转光路后入射至光参量放大器；另一路经延时光纤、光参量放大器泵浦光放大链路、折转光路后泵浦光参量放大器，最终实现信号光放大输出。本发明泵浦光和信号光延时调节方便，输出脉冲波形可控，系统结构紧凑，具有高的环境适应性，可用于各波段的脉冲光参量放大器中。

Description

一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统

技术领域

本发明涉及光参量激光放大器，特别是一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统。

背景技术

光参量放大技术是一种有效提高光参量振荡器输出功率/能量的手段，基于光参量振荡器(OPO)和光参量放大器(OPA)的主振荡功率放大(MOPA)系统在激光遥感探测方面有着重要的应用前景，可以实现特殊波段高能量脉冲激光输出，拓展了激光雷达的应用领域。在光参量激光放大过程中，必须保证入射的泵浦光和信号光在时间上良好匹配，实现高的转换效率，同时保持高的能量稳定性。常用的结构包括同源单级或多级放大和非同源单级或多级放大两种。同源单级或多级放大中整个系统由同一泵浦源提供能量，系统体积小、便于集成，是目前获取大能量光参量输出的主流技术。为实现信号光和泵浦光的时间同步，常采用空间多程折叠光路对入射至光参量放大器的泵浦光进行延时[参见MyriamRaybaut,Thomas Schmid,Antoine Godard,et al.Opt.Lett.,Vol.34,No.13,pp.2069(2009)]，该方式结构复杂、调节麻烦，而且环境稳定性差，不利于系统的长期稳定性。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术不足，提供一种大能量纳秒脉冲光参量激光放大系统。该光参量激光放大器具有全链路放大的泵浦光，脉冲波形可控，泵浦光和信号光延时精确可调，具有操作方便、结构紧凑、稳定性高等特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统，其构成包括泵浦光种子源、声光调制器、光纤分束器、光参量振荡器泵浦光放大链路、光参量振荡器、延时光纤、光参量放大器泵浦光放大链路、折转光路及光参量放大器；

所述的泵浦光种子源经声光调制器进行斩波整形后得到具有一定重复频率和特定波形的脉冲输出，经所述光纤分束器分为两路，其中一路经光参量振荡器泵浦光放大链路放大后输出较高能量脉冲泵浦光，对光参量振荡器进行泵浦，光参量振荡器输出的信号光经折转光路后入射至光参量放大器；另一路经延时光纤、光参量放大器泵浦光放大链路输出大能量脉冲泵浦光，经折转光路后对光参量放大器进行泵浦，通过改变延时光纤长度使光参量放大器的泵浦光与信号光在时间上良好重叠，最终实现高效率信号光放大输出。

所述的泵浦光种子源可以为尾纤耦合输出的非平面环形腔激光器或DFB半导体激光器，输出功率不小于10mW，激光线宽不大于10MHz。

所述的延时光纤为一定长度l的单模、保偏、无源光纤，通过改变光纤的长度l调节泵浦光与信号光的时间差，Δt＝l·n/c，式中Δt为延时光纤引入的时间差，n为延时光纤的折射率，c为真空光速。

本发明的技术效果

本发明中OPO和OPA的泵浦光由单频性较好的泵浦光种子源经全放大链路实现，链路中无谐振腔结构，保证了泵浦光的稳定性及单频性，有利于OPA信号光的稳定输出。

本发明中通过对泵浦光种子源进行斩波整形，可实现泵浦光脉冲波形和重复频率的灵活控制，从而使OPA信号光的脉冲波形和重复频率可控，满足不同应用场合的需求。

本发明通过在OPA泵浦光放大链路前加入延时光纤，可实现对OPA泵浦光和信号光的精确时间同步，相比空间多程折叠光路，操作方便，结构紧凑，稳定性高。

附图说明

图1是本发明一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统结构示意图

图2是本发明一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统实施例结构示意图

图3是本发明改变延时光纤长度后光参量放大器的泵浦光与信号光的时间同步结果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统结构示意图，包括连续泵浦光种子源1、声光调制器2、光纤分束器3、光参量振荡器泵浦光放大链路4、光参量振荡器5、延时光纤6、光参量放大器泵浦光放大链路7、折转光路8、及光参量放大器9。

所述的泵浦光种子源1经声光调制器2得到具有一定重复频率和特定波形的脉冲输出，经光纤分束器3后分为两路，其中一路经光参量振荡器泵浦光放大链路4后输出较高能量脉冲泵浦光，对光参量振荡器5进行泵浦，光参量振荡器5输出的信号光经折转光路8后入射至光参量放大器9；光纤分束器3输出的另一路泵浦光经延时光纤6、光参量放大器泵浦光放大链路7后输出大能量脉冲泵浦光，经折转光路8后，入射至光参量放大器9进行泵浦，改变延时光纤长度使光参量放大器9的泵浦光与信号光在时间上良好重叠，最终实现高效率信号光放大输出。

下面举一个具体实施例介绍如下：

如图2所示，泵浦光种子源1采用DFB半导体激光器，中心波长为1064nm，输出功率40mW,线宽约2MHz,该连续种子光通过声光调制器2后斩波整形为重复频率40Hz、脉冲宽度约20ns的指数波形脉冲序列，经1:1光纤分束器3后分为两路脉冲光，其中一路经过光参量振荡器泵浦光放大链路4后输出单脉冲能量约10mJ、脉冲宽度约35ns的1064nm泵浦光，该泵浦光入射至光参量振荡器5进行泵浦，产生单脉冲能量约1.5mJ、脉冲宽度约30ns的1572nm信号光，依次经镀有45°1572nm高反射膜的反射镜8-1反射、镀有45°1572nm高反射膜和1064nm高透射膜的分光镜8-2反射后入射至光参量放大器9；另一路泵浦光经延时光纤6、光参量放大器泵浦光放大链路7后得到单脉冲能量约500mJ、脉冲宽度约25ns的大能量泵浦光，经镀有45°1572nm高反射膜和1064nm高透射膜的分光镜8-2透射后，入射至光参量放大器9。延时光纤6采用10/125的单模、保偏、无源光纤，当光纤长度为约6m时，1064nm泵浦光与1572nm信号光在时间上重叠，图3为泵浦光与信号光的时间同步结果图，最终光参量放大器9输出1572nm信号光的单脉冲能量可达约90mJ，脉冲宽度约15ns。

Claims (4)

1.一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统，其特征在于，包括泵浦光种子源(1)、声光调制器(2)、光纤分束器(3)、光参量振荡器泵浦光放大链路(4)、光参量振荡器(5)、延时光纤(6)、光参量放大器泵浦光放大链路(7)、折转光路(8)、及光参量放大器(9)；

所述的泵浦光种子源(1)经声光调制器(2)后成为具有一定重复频率和特定波形的脉冲光，经光纤分束器(3)后分为两路泵浦光，其中一路泵浦光经光参量振荡器泵浦光放大链路(4)后对光参量振荡器(5)进行泵浦，光参量振荡器(5)输出的信号光经折转光路(8)后，入射至光参量放大器(9)；光纤分束器(3)输出的另一路泵浦光经延时光纤(6)、光参量放大器泵浦光放大链路(7)、折转光路(8)后，对光参量放大器(9)进行泵浦，实现信号光放大输出。

2.根据权利要求1所述的一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统，其特征在于，所述泵浦光种子源(1)为尾纤耦合输出的非平面环形腔激光器或DFB半导体激光器，输出功率不小于10mW，激光线宽不大于10MHz。

3.根据权利要求1所述的一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统，其特征在于，所述延时光纤(6)为一定长度l的单模、保偏、无源光纤。

4.根据权利要求1所述的一种大能量纳秒脉冲光参量放大系统，其特征在于，光参量放大器的泵浦光相对信号光的时间差通过改变延时光纤(6)的长度l进行调节，Δt＝n·l/c，式中Δt为延时光纤引入的时间差，n为延时光纤的折射率，c为真空光速。

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