CN207691192U - 一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器。输入耦合器小分光比端连接探测器，输入耦合器大分光比端连接延时光纤，所述延时光纤另外一端连接输入隔离器，所述输入隔离器输出端连接泵浦信号合波器信号端，所述泵浦信号合波器泵浦端连接泵浦激光器，所述泵浦信号合波器公共端连接掺杂光纤，所述掺杂光纤另外一端连接输出隔离器输入端，所述探测器和所述泵浦激光器连接驱动控制电路。与常规连续光泵浦方式不同，本实用新型提供的光纤脉冲放大器采用特殊形状的脉冲泵浦，可有效改善输出脉冲信号脉冲形状。

Description

一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器

技术领域

本实用新型涉及光器件领域，尤其涉及一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器。

背景技术

在脉冲光纤激光器中，由脉冲种子光源和光纤放大器组合而成的激光主振荡功率放大(MOPA)技术具有效率高，可以灵活调节脉宽、频率参数等优点，在激光雷达、激光加工、光纤传感等领域具有广泛的应用。但对测距激光雷达、激光加工等领域内常见的重复频率为1kHz-10kHz、脉宽为10ns-1μs的脉冲，MOPA结构中的光放大级在放大脉冲时容易产生脉冲畸变。这是因为光脉冲占空比很低，采用常见的连续光泵浦方式，在两脉冲之间无光的时间间隔内，光放大器上能级粒子数反转程度达到很高的程度，对脉冲前沿具有较高的增益，但由于脉冲前沿在放大过程中大量消耗掺杂光纤中上能级反转粒子数，导致脉冲后沿的增益降低，种子脉冲的形状经过放大后发生畸变，变成尖顶脉冲输出。脉冲畸变对很多应用都有不利的影响，需要尽可能的减小。

对种子光脉冲进行预先畸变是一种改善脉冲放大后畸变的方法。该方法中种子光脉冲的前沿功率较低而后半部功率较高，以补偿脉冲后沿增益减小产生的畸变，输出顶部较平滑的脉冲。但在很多应用场合中，种子光源的输出脉冲波形不易进行调整，而且对短脉冲产生预先畸变的驱动电路也不易实现。

目前主要利用电光调制、双折射、傅立叶变换等方法实现光脉冲整形，构造光脉冲整形器，这些光脉冲整形器普遍存在的问题为：系统构架复杂；除激光器外，往往包含大量电子元器件、电子线路；系统响应速度慢。因此，光脉冲整形器通常体积较大，性能不稳定，易受电磁干扰，且难以将光脉冲整形为任意波形。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提出一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器。所述光纤脉冲放大器采用泵浦脉冲的方式，通过控制泵浦脉冲的形状，提升脉冲后沿的增益，对放大后的脉冲进行整形，减小波形畸变。

一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其中，

输入耦合器的小分光比端连接探测器，所述输入耦合器的大分光比端连接延时光纤，所述延时光纤的另外一端连接输入隔离器的输入端，所述输入隔离器的输出端连接泵浦信号合波器的信号端，所述泵浦信号合波器的泵浦端连接泵浦激光器，所述泵浦信号合波器的公共端连接掺杂光纤，所述掺杂光纤的另外一端连接输出隔离器的输入端，所述探测器和所述泵浦激光器连接驱动控制电路；

所述驱动控制电路控制所述泵浦激光器以脉冲泵浦方式工作；

所述驱动控制电路根据种子光源给出的输入脉冲信号控制所述泵浦激光器输出尖顶脉冲，对放大后的输入脉冲信号实现信号后沿增益补偿，达到脉冲整形目的。

本实用新型提供的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，利用所述探测器探测输入脉冲信号，所述驱动控制电路根据所述输入脉冲信号驱动所述泵浦激光器发射泵浦脉冲，由于所述输入脉冲信号在放大过程中，脉冲前沿抽空上能级反转离子，脉冲后沿增益降低，输入的矩形脉冲经过放大后变成尖顶脉冲输出，因此，为了对放大后的所述输入脉冲信号进行整形，所述驱动控制电路控制所述泵浦脉冲从矩形脉冲改为尖顶脉冲，以补偿所述输入脉冲信号降低的增益，有效改善输出脉冲形状。

优选地，所述驱动控制电路根据所述探测器的输出信号控制所述泵浦激光器的开启/关闭。所述探测器探测所述种子光源发出的脉冲信号，探测到有信号时，所述驱动控制电路控制所述泵浦激光器开启；探测到没有信号时，所述驱动控制电路控制所述泵浦激光器关闭，其中，所述种子光源为发出脉冲信号的普通光源。

优选地，所述驱动控制电路根据自身产生的自同步信号触发所述泵浦激光器发射泵浦脉冲。

优选地，所述驱动控制电路根据所述种子光源给出的脉冲同步信号触发所述泵浦激光器发射泵浦脉冲。

优选地，所述驱动控制电路识别所述种子光源给出的输入脉冲的脉宽v和周期T₀。

优选地，所述驱动控制电路识别所述输入脉冲和产生驱动电流所需要的时间为t，所述泵浦激光器需要提前开启的时间为t_P，选择所述延时光纤的长度，使得所述延时光纤的延迟时间等于t+t_P。当所述输入脉冲信号经过时间t+t_P进入所述掺杂光纤后，所述泵浦激光器产生的泵浦脉冲恰好对所述输入脉冲信号进行放大，并在一个脉宽之后关闭所述泵浦激光器。

优选地，对所述泵浦激光器的泵浦关闭时间设置保护时间△t，所述驱动控制电路以脉宽v+△t驱动所述泵浦激光器发送泵浦脉冲。为避免同步信号误差导致所述泵浦关闭时间提前，所述泵浦关闭时间可根据脉冲宽度再额外加上合适的保护时间△t，当输入脉冲信号经过时间t+t_P后进入所述掺杂光纤，所述驱动控制电路产生相应的驱动电流以脉宽v+△t驱动所述泵浦激光器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，1)本实用新型采用所述驱动控制电路控制所述泵浦激光器以脉冲泵浦方式工作，当所述探测器探测到有输入脉冲信号时，所述驱动控制电路产生驱动电流驱动所述泵浦激光器发送泵浦脉冲，并在一个脉宽之后关闭驱动电流，当所述探测器探测到无输入脉冲信号时，所述驱动控制电路控制所述泵浦激光器关闭，从而有效降低放大器功耗，提高光器件使用寿命；2)所述驱动控制电路根据所述输入脉冲形状调整所述泵浦激光器发射的泵浦脉冲的形状，补偿所述输入脉冲降低的增益，有效改善输出脉冲的波形形状，减小波形失真；3)所述基于脉冲整形的光纤脉冲放大器结构简单、成本低、性能稳定，实用价值高。

附图说明

图1是根据实施例采用自同步法的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器的结构图；

图2是根据实施例采用外同步法的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器的结构图；

图3是矩形脉冲信号示意图；

图4是尖顶脉冲泵浦信号示意图；

图中：1、输入耦合器；2、探测器；3、延时光纤；4、输入隔离器；5、泵浦信号合波器；6、泵浦激光器；7、掺杂光纤；8、输出隔离器；9、驱动控制电路

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，一种采用自同步法的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其中，输入耦合器1的小分光比端连接探测器2，所述输入耦合器1的大分光比端连接延时光纤3，所述延时光纤3的另外一端连接输入隔离器4的输入端，所述输入隔离器4的输出端连接泵浦信号合波器5的信号端，所述泵浦信号合波器5的泵浦端连接泵浦激光器6，所述泵浦信号合波器5的公共端连接掺杂光纤7，所述掺杂光纤7的另外一端连接输出隔离器8的输入端，所述探测器2和所述泵浦激光器6连接驱动控制电路9。

在本实用新型中，所述输入脉冲信号，如图3所示，经过所述输入耦合器1小分光比端、所述探测器2后进入所述驱动控制电路9，当所述探测器2探测到有信号输入时，所述驱动控制电路9根据所述探测器2输出的信号判断所述输入脉冲信号的周期T₀和脉宽v，获取同步触发信号并产生驱动电流，驱动所述泵浦激光器6发送泵浦脉冲；当所述探测器2探测到无信号输入时，所述驱动控制电路9控制所述泵浦激光器6关闭。

所述泵浦脉冲的前沿比后沿小，以产生顶部功率渐增的泵浦光脉冲，如图4所示，渐增的泵浦功率可补偿所述输入脉冲前沿消耗过多反转粒子数所造成的所述输入脉冲后沿增益下降，维持脉冲持续期间增益保持不变，输出顶部平坦的脉冲。

在具体实施中，考虑到所述泵浦脉冲在所述掺杂光纤7中的传播时间和掺杂粒子从泵浦能级弛豫到上能级所需时间，所述泵浦激光源需要在所述输入脉冲信号到来之前的t_P时间开启，对于掺镱光纤放大器和掺铒光纤放大器而言，所述t_P时间为数个微秒量级，此外，所述驱动控制电路9获取同步信号和产生驱动电流也需要一定的延迟时间t，选择合适长度的延时光纤3，使得所述输入脉冲信号的延迟时间等于t+t_P。当所述输入脉冲信号经过时间t+t_P进入所述掺杂光纤7后，所述泵浦激光器6发射的泵浦脉冲恰好对所述输入脉冲信号进行放大，所述泵浦脉冲的发射周期为T₀，所述驱动控制电路9在脉宽v之后关闭所述泵浦激光器6。

为避免脉宽测量不准确导致所述泵浦激光器6的关闭时间提前，可根据脉冲宽度再额外加上合适的保护时间△t，如图4所示，所述输入脉冲信号经过时间t+t_P后进入所述掺杂光纤7，所述驱动控制电路9产生相应的驱动电流以脉宽v+△t驱动所述泵浦激光器6发送泵浦脉冲。

实施例2

如图2所示，一种采用外同步法的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其中，种子光源发射的输入脉冲信号连接所述延时光纤3，所述延时光纤3另外一端连接所述输入隔离器4的输入端，所述输入隔离器4的输出端连接所述泵浦信号合波器5的信号端，所述泵浦信号合波器5的泵浦端连接所述泵浦激光器6，所述泵浦信号合波器5的公共端连接所述掺杂光纤7，所述掺杂光纤7另外一端连接所述输出隔离器8的输入端，所述泵浦激光器6连接所述驱动控制电路9。

与实施例1不同的是，所述驱动控制电路9根据所述种子光源给出的脉冲同步信号，产生驱动电流驱动所述泵浦激光器6发射泵浦脉冲。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

Claims (7)

1.一种基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，

输入耦合器(1)的小分光比端连接探测器(2)，所述输入耦合器(1)的大分光比端连接延时光纤(3)，所述延时光纤(3)的另外一端连接输入隔离器(4)的输入端，所述输入隔离器(4)的输出端连接泵浦信号合波器(5)的信号端，所述泵浦信号合波器(5)的泵浦端连接泵浦激光器(6)，所述泵浦信号合波器(5)的公共端连接掺杂光纤(7)，所述掺杂光纤(7)的另外一端连接输出隔离器(8)的输入端，所述探测器(2)和所述泵浦激光器(6)连接驱动控制电路(9)；

所述驱动控制电路(9)控制所述泵浦激光器(6)以脉冲泵浦方式工作；

所述驱动控制电路(9)根据种子光源给出的输入脉冲信号控制所述泵浦激光器(6)输出尖顶脉冲，对放大后的输入脉冲信号实现信号后沿增益补偿，达到脉冲整形目的。

2.如权利要求1所述的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述驱动控制电路(9)根据所述探测器(2)的输出信号控制所述泵浦激光器(6)的开启/关闭。

3.如权利要求1所述的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述驱动控制电路(9)根据自身产生的自同步信号触发所述泵浦激光器(6)发射泵浦脉冲。

4.如权利要求1所述的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述驱动控制电路(9)根据所述种子光源给出的脉冲同步信号触发所述泵浦激光器(6)发射泵浦脉冲。

5.如权利要求1所述的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述驱动控制电路(9)识别所述种子光源给出的输入脉冲的脉宽v和周期T₀。

6.如权利要求5所述的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，所述驱动控制电路(9)识别所述输入脉冲和产生驱动电流所需要的时间为t，所述泵浦激光器(6)需要提前开启的时间为t_P，选择所述延时光纤(3)的长度，使得所述延时光纤(3)的延迟时间等于t+t_P。

7.如权利要求5所述的基于脉冲整形的光纤脉冲放大器，其特征在于，对所述泵浦激光器(6)的泵浦关闭时间设置保护时间△t，所述驱动控制电路(9)以脉宽v+△t驱动所述泵浦激光器(6)发送泵浦脉冲。