CN201611727U - 线型腔光纤再生放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种线型腔光纤再生放大器，涉及一种激光器，通过采用掺杂光纤代替传统的线形腔再生放大器的工作物质，如激光晶体或玻璃，并且通过一个控制电路可以对不同能量，不同波长的信号光脉冲进行再生放大，自动获取最大输出功率，不在需要人为的对第二普克尔盒进行控制。线型腔光纤再生放大器由于让信号光多次通过工作物质，可以充分利用泵浦光，提高泵浦效率。适用于光脉冲通过各种掺杂光纤获取高功率或能量的偏振脉冲光输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光器，特别是一种可以自动控制获得最大输出能量的线型腔光纤再生放大器。它可以自动控制光脉冲在腔中的往返次数，获得最大的输出能量。
背景技术
再生放大器(Regenerative Amplifier)可以作为一种产生高稳定度、高峰值功率、超短同步激光脉冲的有效手段，即使在较高的重复频率下也能够提供极高的增益(~60dB)，并且引入的时间波形畸变和附加噪声都很小。因此再生放大器具有十分广泛的应用前景。
在许多大能量激光源中，例如惯性约束聚变激光(ICF)装置，激光核爆模拟等，由于脉冲激光系统的振荡器一般只能提供弱种子光，需要经过一级或多级放大器放大提高激光脉冲能量。所以高效率的预放级显得十分重要，它是高功率激光装置中决定能否有效地将待放大光脉冲的能量提高到一定水平的关键器件。再生放大器非常适合放大弱信号光，且能够获取高的增益(＞60dB)，是较常用的激光前置预放大器，再生放大器不同于传统行波放大器的特征是多程放大，再生放大过程包括三个部分：种子脉冲注入谐振腔、多程放大和腔倒空。再生放大器能够大量高效提取激光介质的存储能量，实现小信号激光脉冲若干数量级的高增益放大。激光二极管(LD)抽运源的使用，进一步促进了再生放大器的发展。与闪光灯抽运源相比，激光二极管抽运的放大器更加可靠稳定，结构紧凑，并且提高了系统效率，降低了热耗散，而且工作寿命长。激光二极管抽运的再生放大器广泛应用于纳秒激光脉冲放大和超短激光脉冲放大。
然而传统的再生放大器都以激光晶体或者激光玻璃作为工作物质，如钕玻璃、Nd:YAG和钛宝石晶体，它们各有各的特点，以钕玻璃为例子：钕玻璃比较容易生长，可以得到大尺寸优质材料，而且能用闪光灯进行泵浦，因此较容易得到大能量的激光输出，但是钕玻璃在对短脉冲放大尤其是在再生放大器中增益的窄化相当严重，系统只能得到数百飞秒的脉冲。
随着掺杂光纤制造与不同波长的半导体激光器生产技术的日益成熟，以掺杂光纤为激光介质的光纤激光器件由于转换效率高，光束质量好，输出波长多并且调谐方便，结构紧凑小巧，温度稳定性好，兼容性好(可以制作出全光纤器件的激光系统)，能胜任恶劣的工作环境等众多优点越来越引起人们的重视。
比如掺镱光纤放大器的研究就是光纤激光器件的一个热点。与其他固体激光器件相比，光纤放大器由于结构紧凑、散热性能好、体积小、重量轻、光束质量好等优点而受到广泛的关注。在掺杂光纤放大器中，掺镱光纤放大器由于增益谱宽、效率高、没有其他掺杂离子的激发态吸收等特性，掺杂浓度也可以很高，没有浓度淬灭现象，用较短的长度就可以实现较大的增益，所以在大功率放大方面的应用越来越得到人们的重视。掺镱光纤放大器在激光通讯、军事、医疗、工业上有着广泛的应用前景。
传统的光纤放大器是采用一级或者多级放大[(1)Ultrashot-pulseYb3+-fiber-based laser and amplifier system producing＞25w averager power，Andrew Malinowski，Opt.Lett.vol.29.2073-2075，2004]，双程放大[(3)JeffreyP.Koplow，Dahv A.V.Kliner，Lew Goldberg，UV generation by frequency quadruplingof a Yb-doped fiber amplifier，IEEE photonics technology lett.1998，10(1)：75-77；(4)Anting Wang，Meishu Xing，Guanghui Chen，Wenkui Yang，Hai Ming，JianpingXie，Yun Wu，Double-pass ytterbium-doped fiber amplifier with high gain coefficientand low noise figure，2003，1(9)：532-535]等手段来获得高功率(增益)的激光输出。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种线型腔光纤再生放大器，可以充分利用泵浦光，提高泵浦效率，采用掺杂光纤来代替传统的激光晶体等工作物质，获得更高的增益，并且能通过控制自动获得最大的输出功率。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种线型腔光纤再生放大器，包括偏振信号源，线型腔内设有第二反射镜、第一普克尔盒、薄膜偏振镜、第二普克尔盒、掺杂光纤和双色片；
偏振信号源、二分之一波片、第一隔离器、第三反射镜、薄膜偏振镜、第一普克尔盒、第二反射镜、第二普克尔盒、掺杂光纤和双色片组成一光通路；
泵浦源通过第二隔离器与双色片光连通；
薄膜偏振镜与第一反射镜光连通；
第一反射镜与PIN管光连通；
控制电路通过同轴电缆与PIN管和第二普克尔盒电连接。
所述的掺杂光纤位于第二反射镜与薄膜偏振镜之间或第二普克尔盒与双色片之间。
所述的二分之一波片为消色差波片。
所述的第一反射镜，第二反射镜，第三反射镜和双色片为宽带反射镜。
本实用新型提供的一种线型腔光纤再生放大器，通过采用掺杂光纤代替传统的线形腔再生放大器的工作物质，如激光晶体或玻璃，并且通过一个控制电路可以对不同能量，不同波长的信号光脉冲进行再生放大，自动获取最大输出功率，不在需要人为的对第二普克尔盒进行控制。线型腔光纤再生放大器由于让信号光多次通过工作物质，可以充分利用泵浦光，提高泵浦效率。适用于光脉冲通过各种掺杂光纤获取高功率或能量的偏振脉冲光输出。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
具体实施方式
如图1中，一种线型腔光纤再生放大器，包括偏振信号源12，线型腔内设有第二反射镜4、第一普克尔盒5、薄膜偏振镜6、第二普克尔盒10、掺杂光纤11和双色片13；
偏振信号源12、二分之一波片9、第一隔离器8、第三反射镜7、薄膜偏振镜6、第一普克尔盒5、第二反射镜4、第二普克尔盒10、掺杂光纤11和双色片13组成一光通路；
泵浦源15通过第二隔离器14与双色片13光连通；首先选择适合的泵浦源15和掺杂光纤11的长度。不同的掺杂光纤所对应的泵浦波长是不同的：比如掺铒光纤一般采用1480nm或者980nm的半导体激光器作为泵浦源，而掺镱光纤一般采用975nm，940nm或者915nm的半导体激光器作为泵浦源。偏振信号源12与泵浦源15前端的第一隔离器8和第二隔离器14的隔离度尽量高以免反馈回来的光进入光源引起扰动或破坏，最终影响到输出偏振信号光脉冲的稳定性。
薄膜偏振镜6与第一反射镜1光连通；
第一反射镜1与PIN管2光连通；
控制电路3通过同轴电缆16与PIN管2和第二普克尔盒10电连接。
所述的掺杂光纤11位于第二反射镜4与薄膜偏振镜6之间或第二普克尔盒10与双色片13之间。
所述的掺杂光纤11端面以7°-15°的角度抛光。掺杂光纤11的端面需要研磨成一定角度以免引起激光振荡。
所述的掺杂光纤11包括掺铒、掺钕、掺镱、掺铥和掺铒-镱光纤等。
所述的二分之一波片9为消色差波片。二分之一波片9可以调整种子脉冲的偏振方向以满足需要，所述的第一反射镜1，第二反射镜4，第三反射镜7和双色片13为宽带反射镜。这样可以对不同波长信号光进行再生放大，
所述的控制电路3中，后一次脉冲在线型腔内往返一次输出的能量大于前一次输出的能量，则控制电路3输出为0，否则输出为第二普克尔盒10的1/4波电压，同时记录下脉冲在线型腔中往返的最佳次数n；第二波脉冲信号注入线型腔后，控制电路3计数脉冲在腔内往返n次时输出第二普克尔盒10的1/4波电压。
从偏振信号源12输出的线偏振光脉冲，依次经过二分之一波片9，第一隔离器8、第三反射镜7，使得光脉冲的偏振方向为p偏振，第一普克尔盒5，经第二反射镜4反射后再次穿过第一普克尔盒5，由于之前第一普克尔盒5上一直施加1/4波电压，种子脉冲从p偏振变为s偏振，此时把第一普克尔盒5上的电压撤掉，这样种子脉冲的偏振态不再改变。信号光脉冲经第二普克尔盒10、掺杂光纤11、被双色片13反射回来，这样种子脉冲在两个腔镜之间来回反射。光脉冲每往返一次，经过增益介质两次，能量不断放大。随着放大次数的增加，脉冲能量越来越大，而反转粒子数越来越少，增益逐渐变低，存在一个最佳的往返次数。由于薄膜偏振镜6具有一定的透过率，少量的光经过第一反射镜1、被PIN管2接收，如后一次脉冲在腔内往返一回输出的能量大于前一次输出的能量，则控制电路输出为0，否则输出为第二普克尔盒10的1/4波电压，并记录下脉冲在放大器中往返的最佳次数n；后一波脉冲注入线型腔后，控制电路3只需要当脉冲在腔内往返n次时输出第二普克尔盒10的1/4波电压，于是激光脉冲又从s偏振变成p偏振，透过薄膜偏振镜6从线型腔倒出，获得最大的输出能量，再生放大过程结束。
由于偏振信号脉冲在腔内多次通过处于粒子数反转的掺杂光纤，极大的提高了泵浦光的转换效率，在同样的条件下，用相同长度的光纤可以获得更大的输出能量或功率。
如果是超短脉冲进行放大时，则在放大前需要通过光栅对，或者棱镜对等光学器件对超短偏振光脉冲进行展宽，以避免放大超短脉冲时，高峰值功率引起的非线性效应和对光学器件的损坏；放大输出后同样也可以通过光栅对，棱镜对等光学器件对光脉冲进行压缩。
Claims (4)
1.一种线型腔光纤再生放大器，包括偏振信号源(12)，其特征在于：线型腔内设有第二反射镜(4)、第一普克尔盒(5)、薄膜偏振镜(6)、第二普克尔盒(10)、掺杂光纤(11)和双色片(13)；
偏振信号源(12)、二分之一波片(9)、第一隔离器(8)、第三反射镜(7)、薄膜偏振镜(6)、第一普克尔盒(5)、第二反射镜(4)、第二普克尔盒(10)、掺杂光纤(11)和双色片(13)组成一光通路；
泵浦源(15)通过第二隔离器(14)与双色片(13)光连通；
薄膜偏振镜(6)与第一反射镜(1)光连通；
第一反射镜(1)与PIN管(2)光连通；
控制电路(3)通过同轴电缆(16)与PIN管(2)和第二普克尔盒(10)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种线型腔光纤再生放大器，其特征在于：所述的掺杂光纤(11)位于第二反射镜(4)与薄膜偏振镜(6)之间或第二普克尔盒(10)与双色片(13)之间。
3.根据权利要求1所述的一种线型腔光纤再生放大器，其特征在于：所述的二分之一波片(9)为消色差波片。
4.根据权利要求1所述的一种线型腔光纤再生放大器，其特征在于：所述的第一反射镜(1)，第二反射镜(4)，第三反射镜(7)和双色片(13)为宽带反射镜。
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|---|---|---|---|---|
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| CN102570272A (zh) * | 2011-11-16 | 2012-07-11 | 北京国科世纪激光技术有限公司 | 皮秒激光脉冲再生放大器 |
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| CN112968343A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种基于再生放大器的高效腔内激光谐波转换装置 |
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2009
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