CN117477353A - 种子源及激光放大系统 - Google Patents

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CN117477353A CN202311431248.9A CN202311431248A CN117477353A CN 117477353 A CN117477353 A CN 117477353A CN 202311431248 A CN202311431248 A CN 202311431248A CN 117477353 A CN117477353 A CN 117477353A
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余跃
朱江杰
刘明
刘健
黄治家
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Shenzhen JPT Optoelectronics Co Ltd
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Shenzhen JPT Optoelectronics Co Ltd
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Abstract

本申请公开了种子源及激光放大系统，涉及激光技术领域。种子源包括第一发射组件、第二发射组件、合束器件和传输组件，第一发射组件用于发射第一激光；第二发射组件设置在第一发射组件且与其发射第一激光相邻的一侧，第二发射组件用于发射第二激光，且第二发射组件发射第二激光的一侧靠近第一发射组件；合束器件设置在第一激光和第二激光相交处，合束器件用于将第一激光和第二激光进行合束；传输组件设置在合束器件背离第一发射组件的一侧，传输组件用于传输经合束器件合束处理后的第一激光和第二激光，并对第二激光进行转换处理。本申请能够实现种子源的高功率种子光输出，并且降低了系统复杂度。

Description

种子源及激光放大系统
技术领域
本申请涉及激光技术领域，尤其涉及种子源及激光放大系统。
背景技术
MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier，主控振荡器的功率放大器)激光器通常选择可直接电调制的半导体激光器作为种子源，通过外加电调制的方式产生信号光，该实现手段有明显的优势，例如可以通过信号发生电路，产生任意的时域电脉冲，用于调制种子源，利用MOPA激光放大器的跟随特性，就可以得到任意想要的时域高功率激光输出，且放大的过程中，只需要相应的控制放大过程中产生的非线性效应即可。
控制放大过程中产生的非线性效应一般通过控制放大器的增益来实现，当放大器的增益过高时，增益足够把噪声光子在受激散射过程中将其频率漂移至达到可探测到的水平。因此，由于放大器增益的限制，为了实现更高功率的放大激光输出就必须设置多级光放大器将种子源产生的种子光经过多级放大以达到较高的功率，而该方式较为复杂，并且会增加MOPA激光放大器的复杂性，操作困难。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供了种子源及激光放大系统，旨在解决现有技术中的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种种子源，包括：
第一发射组件，所述第一发射组件用于发射第一激光；
第二发射组件，所述第二发射组件设置在所述第一发射组件且与其发射所述第一激光相邻的一侧，所述第二发射组件用于发射第二激光，且所述第二发射组件发射所述第二激光的一侧靠近所述第一发射组件；
合束器件，所述合束器件设置在所述第一激光和所述第二激光相交处，所述合束器件用于将所述第一激光和所述第二激光进行合束；
传输组件，所述传输组件设置在所述合束器件背离所述第一发射组件的一侧，所述传输组件用于传输经所述合束器件合束处理后的所述第一激光和所述第二激光，并对所述第二激光进行转换处理。
在第一方面的其中一个实施例中，所述第一发射组件包括：
第一激光芯片，所述第一激光芯片设置在所述第一发射组件背离所述合束器件的一侧，所述第一激光芯片用于发射所述第一激光；
第一准直镜片，所述第一准直镜片设置在所述第一激光芯片靠近所述合束器件的一侧，所述第一准直镜片用于准直所述第一激光芯片发射出的所述第一激光。
在第一方面的其中一个实施例中，所述第二发射组件包括：
第二激光芯片，所述第二激光芯片设置在所述第二发射组件背离所述合束器件的一侧，所述第二激光芯片用于发射所述第二激光；
第二准直镜片，所述第二准直镜片设置在所述第二激光芯片靠近所述合束器件的一侧，所述第二准直镜片用于准直所述第二激光芯片发射出的所述第二激光。
在第一方面的其中一个实施例中，所述第一激光芯片为单模半导体激光芯片，所述第二激光芯片为多模半导体激光芯片。
在第一方面的其中一个实施例中，所述传输组件包括：
聚焦件，所述聚焦件设置在所述合束器件背离所述第一发射组件的一侧，所述聚焦件用于将经所述合束器件合束后的所述第一激光和所述第二激光进行聚焦和耦合；
光纤，所述光纤设置在所述聚焦件背离所述合束器件的一侧，所述光纤用于传输经所述聚焦件聚焦后的所述第一激光和所述第二激光，并将所述第二激光进行转换处理。
在第一方面的其中一个实施例中，所述光纤包括纤芯和内包层，所述内包层包裹所述纤芯设置，所述纤芯用于传输所述第一激光，所述内包层用于传输所述第二激光。
在第一方面的其中一个实施例中，所述光纤为双包层掺镱光纤。
在第一方面的其中一个实施例中，所述合束器件包括第一面，所述第一面设置在所述合束器件靠近所述第一发射组件的一侧，所述第一面镀有对所述第一激光进行增透的增透膜。
在第一方面的其中一个实施例中，所述合束器件还包括第二面，所述第二面设置在所述合束器件靠近所述第二发射组件的一侧，所述第二面与所述第一面相对设置，所述第二面镀有对所述第二激光进行反射的反射膜。
第二方面，本申请实施例提供了激光放大系统，包括上述任一实施例中的所述种子源。
相对于现有技术，本申请的有益效果是：本申请提出种子源及激光放大系统。该种子源包括第一发射组件、第二发射组件、合束器件和传输组件，所述第一发射组件用于发射第一激光；所述第二发射组件设置在所述第一发射组件且与其发射所述第一激光相邻的一侧，所述第二发射组件用于发射第二激光，且所述第二发射组件发射所述第二激光的一侧靠近所述第一发射组件；所述合束器件设置在所述第一激光和所述第二激光相交处，所述传输组件设置在所述合束器件背离所述第一发射组件的一侧。本申请通过所述合束器件将所述第一激光和所述第二激光进行合束，以及通过所述传输组件传输经所述合束器件合束处理后的所述第一激光和所述第二激光，并对所述第二激光进行转换为与第一激光波长一致的激光，从而实现高功率的种子光输出。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请中种子源的一视角结构示意图；
图2示出了本申请中种子源的另一视角结构示意图。
主要元件符号说明：
100-种子源；110-第一发射组件；111-第一激光芯片；1111-第一激光；112-第一准直镜片；120-第二发射组件；121-第二激光芯片；1211-第二激光；122-第二准直镜片；130-合束器件；140-传输组件；141-聚焦件；142-光纤；1421-纤芯；1422-内包层；1423-掺杂物质；150-壳体。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1和图2所示，本申请的实施例提供了一种种子源100。种子源100包括第一发射组件110、第二发射组件120、合束器件130和传输组件140。
具体地，所述第一发射组件110用于发射第一激光1111。
所述第二发射组件120设置在所述第一发射组件110且与其发射所述第一激光1111相邻的一侧，所述第二发射组件120用于发射第二激光1211，且所述第二发射组件120发射所述第二激光1211的一侧靠近所述第一发射组件110，即当所述第一发射组件110发射第一激光1111，以及所述第二发射组件120发射第二激光1211时，所述第一激光1111与所述第二激光1211可相交，即第一激光1111与所述第二激光1211具有相交处。
所述合束器件130设置在所述第一激光1111和所述第二激光1211相交处，所述合束器件130用于将所述第一激光1111和所述第二激光1211进行合束，使其第一激光1111和所述第二激光1211同轴进行传输。
另外，所述传输组件140设置在所述合束器件130背离所述第一发射组件110的一侧，所述传输组件140用于传输经所述合束器件130合束处理后的所述第一激光1111和所述第二激光1211，并对所述第二激光1211进行转换处理。
在相关技术中，通常设置多级光放大器将种子源产生的种子光经过多级放大以达到较高的功率，而该方式较为复杂，并且会增加MOPA激光放大器的复杂性，操作困难。
在本实施例中，该种子源100包括第一发射组件110、第二发射组件120、合束器件130和传输组件140，本实施例的种子源100通过所述合束器件130将所述第一激光1111和所述第二激光1211进行合束，以及通过所述传输组件140传输经所述合束器件130合束处理后的所述第一激光1111和所述第二激光1211，并对所述第二激光1211进行转换为与第一激光1111波长一致的激光，从而实现高功率的种子光输出。
可选地，所述第一发射组件110包括第一激光芯片111和第一准直镜片112。
所述第一激光芯片111设置在所述第一发射组件110背离所述合束器件130的一侧，所述第一激光芯片111用于发射所述第一激光1111。
可选地，所述第一激光芯片111例如为单模半导体激光芯片，以及所述第一激光芯片111的中心波长为1060nm，即第一激光1111的波长例如为1060nm。
其中，所述第一准直镜片112设置在所述第一激光芯片111靠近所述合束器件130的一侧，所述第一准直镜片112用于准直所述第一激光芯片111发射出的所述第一激光1111。
可选地，该第一准直镜片112例如为自聚焦短焦镜，所述第一准直镜片112可将第一激光芯片111从发射面发射的拥有较大发散角的发散光进行准直，即将所述第一激光1111进行准直，从而使得准直后的第一激光1111可用于后续的光束传输与耦合。
可选地，如图2所示，所述第二发射组件120包括第二激光芯片121和第二准直镜片122。
所述第二激光芯片121设置在所述第二发射组件120背离所述合束器件130的一侧，所述第二激光芯片121用于发射所述第二激光1211。
可选地，所述第二激光芯片121例如为多模半导体激光芯片，以及所述第一激光芯片111的中心波长为915nm，即第二激光1211的波长例如为915nm。或者所述第二激光芯片121例如为中心波长为976nm的半导体激光芯片。
其中，所述第二准直镜片122设置在所述第二激光芯片121靠近所述合束器件130的一侧，所述第二准直镜片122用于准直所述第二激光芯片121发射出的所述第二激光1211。
可选地，该第二准直镜片122例如为自聚焦短焦镜，所述第二准直镜片122可将第二激光芯片121从发射面发射的拥有较大发散角的发散光进行准直，即将所述第二激光1211进行准直，从而使得准直后的第二激光1211可用于后续的光束传输与耦合。
可选地，如图2所示，所述传输组件140包括聚焦件141和光纤142。
其中，所述聚焦件141设置在所述合束器件130背离所述第一发射组件110的一侧，所述聚焦件141用于将经所述合束器件130合束后的所述第一激光1111和所述第二激光1211进行聚焦和耦合。
所述光纤142设置在所述聚焦件141背离所述合束器件130的一侧，所述光纤142用于传输经所述聚焦件141聚焦后的所述第一激光1111和所述第二激光1211，并将所述第二激光1211进行转换处理，即将所述第二激光1211转换为与所述第一激光1111波长一致的激光，即例如为1060nm波长的激光。
可选地，所述光纤142包括纤芯1421和内包层1422，内包层1422包裹所述纤芯1421设置。其中，所述纤芯1421用于传输第一激光1111，所述内包层1422用于传输第二激光1211。
可选地，所述纤芯1421直径为10μm，以及内包层1422直径为125μm。
可选地，所述光纤142为双包层掺镱光纤，即所述光纤142为掺有掺杂物质1423的有源光纤，且该掺杂物质1423为Yb3+，该掺杂物质1423掺于所述光纤142的纤芯1421中。
可选地，所述聚焦件141为聚焦镜。其中，当所述第一激光芯片111为单模半导体激光芯片时，其单模半导体激光芯片输出的激光条宽小于10μm，即为近单模输出，则聚焦镜可以较为轻松地将第一激光芯片111发射出的第一激光1111经过聚焦耦合进双包层掺镱光纤的纤芯1421中。
其中，当所述第二激光芯片121为多模半导体激光芯片时，其多模半导体激光芯片输出的激光条宽较宽，则通过聚焦镜可将所述第二激光芯片121发射出的第二激光1211耦合至双包层掺镱光纤的内包层1422中。
在本实施例中，波长为915nm的第二激光1211在双包层掺镱光纤中掺杂物质1423的吸收谱所在的区间内。其中，聚焦镜将第一激光1111和第二激光1211聚焦和耦合至所述光纤142中后，通过光纤142中掺杂物质1423的受激辐射作用，即掺杂物质1423吸收第二激光芯片121输出的第二激光1211中的光子，实现原子核外电子能级分布的粒子数反转，使得波长为915nm的第二激光1211转化为与第一激光1111波长一致的激光，即转化后的激光波长为1060nm。
其中，掺杂物质在950～1200nm的光谱范围内具有足够宽，以及强度合适的发射带，而波长为1060nm的激光位于该光谱范围内，使得经过该光纤142输出的种子光拥有较宽的光谱宽度，从而可以显著降低后续MOPA放大过程中的受激布里渊散射。
该转化后的激光与所述第一激光1111一同从所述光纤142中输出，使波长为1060nm的激光功率得到了增强，从而实现了种子源100的高功率种子光输出，即使得本实施例的种子源100具有较高的输出功率。
可选地，所述合束器件130包括第一面和第二面。
其中，所述第一面设置在所述合束器件130靠近所述第一发射组件110的一侧，所述第一面镀有对所述第一激光1111进行增透的增透膜。
所述第二面设置在所述合束器件130靠近所述第二发射组件120的一侧，所述第二面与所述第一面相对设置，所述第二面镀有对所述第二激光1211进行反射的反射膜。
可选地，所述第一激光1111从所述第一激光芯片111射出的方向与所述第二激光1211从所述第二激光芯片121射出的方向垂直。
具体地，所述第一面与所述第一激光1111射入所述合束器件130的方向成45°角，即经过第一准直镜片112准直的所述第一激光1111在与第一面成45°的方向入射至第一面，并从所述第一面进入所述合束器件130中，进而在所述合束器件130中透射，以及从所述第二面射出。
另外，所述第二面与所述第二激光1211射入所述合束器件130的方向成45°角，即经过第二准直镜片122准直的所述第二激光1211在与第二面成45°的方向入射至第二面，并经所述第二面反射，进而与所述第一激光1111从所述合束器件130上射出。
可选地，所述合束器件130为透镜或光栅。
需要说明的是，如图1所示，所述种子源100还包括壳体150，所述第一发射组件110、第二发射组件120、合束器件130和传输组件140均设置在所述壳体150中，且所述第一发射组件110、第二发射组件120、合束器件130和传输组件140均与所述壳体150固定连接，该固定连接方式均例如为UV(Ultraviolet Rays)紫外胶固化。
在本实施例中，所述壳体150外侧还设置有第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极封装在所述壳体150的外侧，且所述第一电极和所述第二电极通过引线与所述第一激光芯片111电连接。
其中，所述第一激光芯片111以砷化镓(化学式为GaAs)为基底，通过第一电极和第二电极电调制所述第一激光芯片111，使得所述第一激光芯片111可实现任意时序的时域光脉冲输出，进而使本实施例中的种子源100在高功率种子光输出时，还保持了时域电脉冲的调制特性。
本实施例中的种子源100具有足够高的输出功率，能够在保证输出功率可用于后续MOPA放大的前提下，压缩时域的脉冲宽度至几纳秒或亚纳秒级别，使得其种子源100可用于拓展直接电调制半导体种子源100的脉冲宽度至亚纳秒级。
另外，在本实施例中，所述壳体150外侧还设置有第三电极和第四电极，所述第三电极和第四电极封装在所述壳体150的外侧，且所述第三电极和所述第四电极通过引线与所述第二激光芯片121电连接。
可选地，所述第二激光芯片121以砷化镓(化学式为GaAs)为基底，通过第三电极和第四电极为所述种子源100供电。其中，所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极通过蝶形封装，并且可以通过贴片或焊接的方式集成在PCBA(Printed Circuit BoardAssembly，电路板)上，本实施例通过PCBA上相应的驱动电路实现对该种子源100的供电和调制。
本实施例中通过采用双模组半导体激光芯片进行集成式设计，使得电控部分可集成在一块PCBA电路板上，从而实现种子源100的一体化驱动模块设计，较大降低了种子源100的驱动部分及散热部分设计的复杂性，使其进行系统集成时能够显著降低系统复杂度和设计难度，以及使其易于集成。
本实施例提供的激光放大系统，具有上述任一实施例中提供的所述种子源100，因此具有上述种子源100的全部有益效果，在此就不一一赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.种子源，其特征在于，包括：
第一发射组件，所述第一发射组件用于发射第一激光；
第二发射组件，所述第二发射组件设置在所述第一发射组件且与其发射所述第一激光相邻的一侧，所述第二发射组件用于发射第二激光，且所述第二发射组件发射所述第二激光的一侧靠近所述第一发射组件；
合束器件，所述合束器件设置在所述第一激光和所述第二激光相交处，所述合束器件用于将所述第一激光和所述第二激光进行合束；
传输组件，所述传输组件设置在所述合束器件背离所述第一发射组件的一侧，所述传输组件用于传输经所述合束器件合束处理后的所述第一激光和所述第二激光，并对所述第二激光进行转换处理。
2.根据权利要求1所述的种子源，其特征在于，所述第一发射组件包括：
第一激光芯片，所述第一激光芯片设置在所述第一发射组件背离所述合束器件的一侧，所述第一激光芯片用于发射所述第一激光；
第一准直镜片，所述第一准直镜片设置在所述第一激光芯片靠近所述合束器件的一侧，所述第一准直镜片用于准直所述第一激光芯片发射出的所述第一激光。
3.根据权利要求2所述的种子源，其特征在于，所述第二发射组件包括：
第二激光芯片，所述第二激光芯片设置在所述第二发射组件背离所述合束器件的一侧，所述第二激光芯片用于发射所述第二激光；
第二准直镜片，所述第二准直镜片设置在所述第二激光芯片靠近所述合束器件的一侧，所述第二准直镜片用于准直所述第二激光芯片发射出的所述第二激光。
4.根据权利要求3所述的种子源，其特征在于，所述第一激光芯片为单模半导体激光芯片，所述第二激光芯片为多模半导体激光芯片。
5.根据权利要求1所述的种子源，其特征在于，所述传输组件包括：
聚焦件，所述聚焦件设置在所述合束器件背离所述第一发射组件的一侧，所述聚焦件用于将经所述合束器件合束后的所述第一激光和所述第二激光进行聚焦和耦合；
光纤，所述光纤设置在所述聚焦件背离所述合束器件的一侧，所述光纤用于传输经所述聚焦件聚焦后的所述第一激光和所述第二激光，并将所述第二激光进行转换处理。
6.根据权利要求5所述的种子源，其特征在于，所述光纤包括纤芯和内包层，所述内包层包裹所述纤芯设置，所述纤芯用于传输所述第一激光，所述内包层用于传输所述第二激光。
7.根据权利要求5所述的种子源，其特征在于，所述光纤为双包层掺镱光纤。
8.根据权利要求1所述的种子源，其特征在于，所述合束器件包括第一面，所述第一面设置在所述合束器件靠近所述第一发射组件的一侧，所述第一面镀有对所述第一激光进行增透的增透膜。
9.根据权利要求8所述的种子源，其特征在于，所述合束器件还包括第二面，所述第二面设置在所述合束器件靠近所述第二发射组件的一侧，所述第二面与所述第一面相对设置，所述第二面镀有对所述第二激光进行反射的反射膜。
10.激光放大系统，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的种子源。
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