CN220822182U - 基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器 - Google Patents
基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220822182U CN220822182U CN202322546835.4U CN202322546835U CN220822182U CN 220822182 U CN220822182 U CN 220822182U CN 202322546835 U CN202322546835 U CN 202322546835U CN 220822182 U CN220822182 U CN 220822182U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- phase
- laser
- light
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 243
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 79
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 31
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
本实用新型提出一种基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，包括第一路非保偏光纤激光、第二路非保偏光纤激光，对参与合成的两路非保偏光纤激光，采用偏振合束器作为合成元件，实现了两路非保偏光纤激光基于偏振和相位同步控制的千瓦级共孔径相干合成。本实用新型搭建了一种能够进行偏振和相位控制的光路，基于现有成熟的相位控制方法、偏振控制方法，本领域技术人员就能够依赖本实用新型提供的光路结构以实现将高功率非保偏光纤激光器应用于相干偏振合成系统的期望。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤激光技术领域，尤其是一种基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器。
背景技术
多路高功率光纤激光的相干合成是将激光输出功率扩展到数十乃至数百千瓦的有效技术方案。传统的共孔径相干合成系统采用窄线宽线偏振光源作为单元光束，通过相位控制使各路激光光束形成稳定的相干干涉，从而实现合成激光亮度的提升。也就是说传统的相干合成系统是基于多路线偏振激光光源实现的，因此只需进行相位控制即可，无需考虑偏振控制。
就当前高功率窄线宽光纤激光的技术发展现状而言，线偏振光纤激光的经济成本和功率提升难度均高于非保偏光纤激光。因此将非保偏光纤激光引入相干合成系统对于降低系统成本和提升功率具有重要的现实意义。然而，基于多路非保偏光纤激光构建相干合成系统时，除了要进行相位控制之外，还需同时进行偏振控制。因为非保偏光纤激光的偏振态是随时变化的，若要应用于相干合成系统，首先需要进行偏振控制，将其转换为线偏振激光，才能用于后续的相干合成。
现有偏振控制技术主要是针对单路激光实施偏振控制，若要应用于相干合成系统，至少需要针对两路以上激光光源同时实施偏振控制，将多路激光转换为线偏振激光，然后再继续同步进行相位控制，实现相干合成激光输出。目前，针对多路高功率非保偏光纤激光同步进行偏振和相位控制尚未见公开报道，如何进行能够实现同步偏振和相位控制的系统光路设计、反馈信号采集是本领域亟需解决的技术问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其搭建了一种能够进行偏振和相位控制的光路，基于现有成熟的相位控制方法、偏振控制方法，本领域技术人员就能够依赖本实用新型提供的光路结构以实现将高功率非保偏光纤激光器应用于相干偏振合成系统的期望。
基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，包括第一路非保偏光纤激光、第二路非保偏光纤激光，所述第一路非保偏光纤激光的传输光路上设置有第一相位调制器、第一光纤延迟线、第一偏振控制器、第一非保偏光纤激光放大链路以及第一准直器，所述第二路非保偏光纤激光的传输光路上设置有第二相位调制器、第二光纤延迟线、第二偏振控制器、第二非保偏光纤激光放大链路以及第二准直器；
第一准直器准直输出的信号激光经偏振合束器透射的水平线偏振光和第二准直器准直输出的信号激光经偏振合束器反射的垂直线偏振光在偏振合束器处合成为第一部分合束光，第一部分合束光进入偏振控制系统，由偏振控制系统采集，所述偏振控制系统输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器和第二偏振控制器；
第一准直器输出信号激光经偏振合束器反射的垂直线偏振光和第二准直器输出信号激光经偏振合束器透射的水平线偏振光在偏振合束器处合成为第二部分合束光；相位控制系统采集一小部分第二部分合束光，输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器、第二相位调制器；大部分第二部分合束光作为共孔径相干合成的主光束输出。
进一步地，本实用新型还包括种子激光源、初始相位调制系统、保偏预放大器以及1:2的保偏分束器；所述种子激光源为单频线偏振种子激光源，输出设定任意中心波长的单频种子激光，所述种子激光源后的光路上依次设置有初始相位调制系统、保偏预放大器以及1:2的保偏分束器，由1:2的保偏分束器分束输出第一路非保偏光纤激光和第二路非保偏光纤激光，并进入后续的非保偏光纤激光放大链路进行功率放大。
进一步地，本实用新型所述种子激光源输出中心波长为1071.5nm的单频种子激光。
进一步地，本实用新型所述非保偏光纤激光放大链路包括非保偏的预放大器和非保偏的主放大器。
进一步地，本实用新型所述第一光纤延迟线和第二光纤延迟线均连接光纤延迟线控制器。
进一步地，本实用新型两路非保偏光纤激光间的光程一致，从而确保合成时两路激光具有良好的相干性。
进一步地，本实用新型所述偏振控制系统包括第一高反镜、第一光电探测器以及偏振控制单元，第一部分合束光入射至第一高反镜，经第一高反镜透射的第一部分合束光进入第一光电探测器，第一光电探测器与偏振控制单元连接，由偏振控制单元输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器和第二偏振控制器。
进一步地，本实用新型还包括第一功率计，经第一高反镜反射的>99.9％的第一部分合束光入射至第一功率计。
进一步地，本实用新型所述第二部分合束光的传输光路上设置有分束器，分束器输出的一束光被相位控制系统中的第二光电探测器采集，第二光电探测器与相位控制单元连接，由相位控制单元输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器、第二相位调制器。
进一步地，本实用新型所述第二部分合束光的传输光路上依次设置有半波片、偏振分束器、第二高反镜以及分束器，第二部分合束光入射至半波片，半波片输出的光束入射至偏振分束器，经所述偏振分束器反射出的光束入射至第二功率计，所述偏振分束器的透射光经反射率>99.9％的第二高反镜反射至第三功率计，经第二高反镜透射出的光束入射至分束器，分束器输出的一束光被相位控制系统中的第二光电探测器采集。
本实用新型首次提出了对两路参与合成的非保偏光纤激光的偏振和相位同步控制的高功率共孔径相干合成技术方案，并实现了千瓦级的合成激光输出，评估了控制效果，为将非保偏光纤激光引入相干合成系统的可行性论证提供了重要支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型一实施例中第一路传输子光路的测试结果图，其中(a)为第一路传输子光路的输出功率随泵浦功率变化的测试结果图，(b)为第一路传输子光路输出激光功率为702W时的光束质量测试结果图；
图3为本实用新型一实施例中第二路传输子光路的测试结果图；其中(a)为第二路传输子光路的输出功率随泵浦功率变化的测试结果图，(b)为第二路传输子光路输出激光功率为696W时的光束质量测试结果图；
图4为本实用新型一实施例中偏振控制开环和闭环时合成光束的时域信号图；
图5为本实用新型一实施例中相位控制系统开环和闭环时合成光束的时域信号图；
图6为本实用新型一实施例中的测试结果图，其中(a)为参与合成的两路光纤激光和合成激光的输出光谱图，(b)为合成激光的光束质量测试结果图；
图中标号：
1、种子激光源；2、初始相位调制系统；3、保偏预放大器；4、1:2的保偏分束器；5、第一相位调制器；6、第二相位调制器；7、第一光纤延迟线；8、第二光纤延迟线；9、第一偏振控制器；10、第二偏振控制器；11、第一非保偏的预放大器；12、第二非保偏的预放大器；13、第一非保偏的主放大器；14、第二非保偏的主放大器；15、第一准直器；16、第二准直器；17、偏振合束器；18、第一高反镜；19、第一功率计；20、第一光电探测器；21、偏振控制单元；22、半波片；23、偏振分束器；24、第二功率计；25、第二高反镜；26、第三功率计；27、分束器；28、第二光电探测器；29、相位控制单元；30、光纤延迟线控制器。
具体实施方法
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
参照图1，该实施例中，包括种子激光源1、初始相位调制系统2、保偏预放大器3以及1:2的保偏分束器4。所述种子激光源1为单频线偏振种子激光源，输出设定任意中心波长的单频种子激光。所述种子激光源1后的光路上依次设置有初始相位调制系统2、保偏预放大器3以及1:2的保偏分束器4，由1:2的保偏分束器4分束输出第一路非保偏光纤激光和第二路非保偏光纤激光。
所述第一路非保偏光纤激光的传输光路上设置有第一相位调制器5、第一光纤延迟线7、第一偏振控制器9、第一非保偏光纤激光放大链路以及第一准直器15，所述第二路非保偏光纤激光的传输光路上设置有第二相位调制器6、第二光纤延迟线8、第二偏振控制器10、第二非保偏光纤激光放大链路以及第二准直器16。其中第一非保偏光纤激光放大链路主要由第一非保偏的预放大器11和第一非保偏的主放大器13构成。第二非保偏光纤激光放大链路主要由第二非保偏的预放大器12和第二非保偏的主放大器14构成。
第一准直器15准直输出的信号激光经偏振合束器17透射的水平线偏振光和第二准直器16准直输出的信号激光经偏振合束器17反射的垂直线偏振光在偏振合束器17处合成为第一部分合束光，第一部分合束光进入偏振控制系统，由偏振控制系统采集，所述偏振控制系统输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器9和第二偏振控制器10；
第一准直器15输出信号激光经偏振合束器17反射的垂直线偏振光和第二准直器16输出信号激光经偏振合束器17透射的水平线偏振光在偏振合束器17处合成为第二部分合束光；相位控制系统采集一小部分第二部分合束光，输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器5、第二相位调制器6；大部分第二部分合束光作为共孔径相干合成的主光束输出。
在一优选实施例中，所述种子激光器1输出中心波长为1071.5nm的单频种子激光。为抑制系统中的SBS效应，使用初始相位调制系统2对中心波长为1071.5nm的单频种子激光进行线宽展宽。经研究，优选地，采用初始相位调制系统2将单频种子激光进行线宽展宽至0.1nm量级，可有效降低SBS增益，从而抑制SBS效应。经初始相位调制系统2进行线宽展宽后的种子光的功率为～20mW，为确保后续光路分束后两路种子光具有足够的功率进行放大，所述保偏预放大器3对种子激光进行功率放大，经过保偏预放大器3后，种子光的功率提升至～200mW。功率放大后的种子激光输入所述1:2的保偏分束器4进行分束，得到第一路非保偏光纤激光和第二路非保偏光纤激光。
所述偏振控制系统包括第一高反镜18、第一光电探测器20以及偏振控制单元21，第一部分合束光入射至第一高反镜18，经第一高反镜18透射的第一部分合束光进入第一光电探测器20，第一光电探测器20与偏振控制单元21连接，由偏振控制单元21输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器和第二偏振控制器。
所述第二部分合束光的传输光路上设置有分束器27，分束器输出的一束光被相位控制系统中的第二光电探测器28采集，第二光电探测器28与相位控制单元29连接，由相位控制单元29输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器5、第二相位调制器6。
图1中，所述第二部分合束光的传输光路上依次设置有半波片22、偏振分束器23、第二高反镜25以及分束器27，第二部分合束光入射至半波片22，半波片输出的光束入射至偏振分束器23，经所述偏振分束器23反射出的光束入射至第二功率计24，所述偏振分束器23的透射光经反射率>99.9％的第二高反镜25反射至第三功率计26，经第二高反镜25透射出的光束入射至分束器27，分束器27输出的一束光被相位控制系统中的第二光电探测器28采集。
如图1所示，偏振控制子系统包括第一高反镜18、第一功率计19、第一光电探测器20以及偏振控制单元21，第一部分合束光经第一高反镜18，第一高反镜18将>99.9％的第一部分合束光功率反射至第一功率计19，由第一功率计19测试偏振控制引起的功率损失，其余部分的第一部分合束光经第一高反镜18透射后进入第一光电探测器20，第一光电探测器20将光信号转换为电信号反馈给偏振控制单元21，由偏振控制单元21输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器9和第二偏振控制器10。偏振控制单元21生成偏振控制电压的方法不限，本领域技术人员可以在现有技术中选取常用的生成偏振控制电压的方法，包括但不限于公开号为CN 111564751 A中提出的偏振控制方法。
相位控制系统采集极小一部分的第二部分合束光进入相位控制系统中的第二光电探测器，第二光电探测器将光信号转换为电信号反馈给相位控制单元，由相位控制单元输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器5、第二相位调制器6。相位控制单元生成相位控制信号的方法不限，可基于现有的广泛应用的随机并行梯度下降算法(SPGD)、单抖动法、多抖动法等相位控制算法生成相位控制信号。
参照图1，该实施例中，第一准直器15输出信号激光经偏振合束器17反射的垂直线偏振光和和第二准直器16输出信号激光经偏振合束器17透射的水平线偏振光在偏振合束器17处合成为一路光束即第二部分合束光，然后将该光束作为共孔径相干合成的主光束，并进行后续的偏振消光比测试和相位控制。
偏振消光比测试子系统用来测量高功率共孔径相干合成系统其合成光束的偏振消光比，第二部分合束光经半波片22后入射至偏振分束器23，由偏振分束器23的反射光功率由第二功率计24测量，偏振分束器23的透射光经反射率>99.9％的第二高反镜25反射至第三功率计26，合成光束的偏振消光比PER＝10·log(P3/P2)，其中P2、P3分别表示第二功率计、第三功率计测量到的功率值。
经第二高反镜25透射出的光入射至分束器27，从分束器27透射出的透射光用来测量光束质量、输出光谱以及分析远场光斑等，从分束器27反射出的反射光则被第二光电探测器28探测，第二光电探测器28将接收到的光信号转换为电信号，并反馈给相位控制单元29进行相位控制。相位控制单元上预先记载有相位控制算法，相位控制算法不限，本领域已公开的、惯用的相位控制算法均可。如相位控制单元29可基于现有的随机并行梯度下降算法(SPGD)、单抖动法、多抖动法等相位控制算法生成相位控制信号，分别输出给对应的相位控制器。相位控制方法的参考文献包括但不限于以下列举：
(1)周朴，马阎星，王小林等.基于随机并行梯度下降算法光纤放大器相干合成的动态模拟与控制带宽分析[J].中国激光，2009，36(11)：2972-2977
(2)王小林，周朴，马阎星等.基于随机并行梯度下降算法光纤激光相干合成的高精度相位控制系统[J].物理学报，2010(02)：973-979
(3)王小林，周朴，马阎星等.基于随机并行梯度下降算法的多波长激光相干合成[J].物理学报，2010(08)：5474-5478
(4)马阎星，王小林，周朴等.大气湍流对多抖动法相干合成技术中相位调制信号的影响[J].物理学报，2011(09)：384-391
为获得良好的相干合成效果，提升合成效率，必须对参与合成的两路激光的光程差进行精确控制，使其在相干长度之内。优选地，所述第一光纤延迟线7和第二光纤延迟线8均连接光纤延迟线控制器，使两路非保偏光纤激光间的光程调控为一致，从而确保合成时两路激光具有良好的相干性。
为说明本实用新型的有效性，本实用新型进行了实验论证，具体如下：
基于图1所示结构，且对两路传输子光路的光程进行精确调节以后，开始进行合成实验。所述种子激光器1输出中心波长为1071.5nm的单频种子激光。为抑制系统中的SBS效应，使用初始相位调制系统2对中心波长为1071.5nm的单频种子激光进行线宽展宽。经初始相位调制系统2进行线宽展宽后的种子光的功率为～20mW，为确保后续光路分束后两路种子光具有足够的功率进行放大，所述保偏预放大器3对种子激光进行功率放大，经过保偏预放大器3后，种子光的功率提升至～200mW。功率放大后的种子激光输入所述1:2的保偏分束器4进行分束，得到第一路非保偏光纤激光和第二路非保偏光纤激光。
本实验需要在高功率输出状态下对两路参与合成的非保偏光纤激光进行同时进行偏振和相位控制，因此，实验过程主要分为三步：第一步，对合成系统中单路非保偏光纤激光的偏振控制效果进行测量，为基于偏振合束器的共孔径相干合成奠定基础；第二步，对合成系统中两路非保偏光纤激光同时实施偏振控制，分析偏振控制效果；第三步，对合成系统中两路非保偏光纤激光同时实施偏振控制和相位控制，使合成激光仍为线偏振激光，并分析最终的合成效果。
首先分别测量了在单路传输子光路实施偏振控制后得到的功率曲线、偏振消光比和光束质量。图2所示为第一路传输子光路的测试结果。从图2(a)可知，第一路传输子光路的输出功率随泵浦功率(其中泵浦光来自主放大器)的增加而线性增长，在泵浦功率为975W时，输出功率为702W，功率放大过程中的偏振消光比处于10.7～11.9dB之间，702W时的偏振消光比为10.3dB。图2(b)是输出激光功率为702W时测试的光束质量，光束质量为M2 x＝1.22、M2 y＝1.25。
图3所示为第二路传输子光路的测试结果。从图3(a)可看出，随泵浦功率的增加，输出激光功率线性增长，在泵浦功率为1073W时，第二路传输子光路的输出功率为696W，功率放大过程中的偏振消光比处于10.3～11.1dB之间，696W时的偏振消光比为11.1dB。从图3(b)可看出，第二路传输子光路运行在696W时的光束质量M2 x＝1.29、M2 y＝1.23。
上述在合成光路系统中，通过对单路传输子光路实施偏振控制，输出激光的偏振消光比和光束质量均保持较好，表明在系统中成功实现了针对单路非保偏光纤激光的偏振控制。然后将两路传输子光路同时输出激光到上述功率水平，相当于先分别单独标定好两路传输子光路输出激光的功率使其功率相当(记录相应功率下的电流点)，然后将两路传输子光路输出激光同时出光至标定好的功率(即上述标定好的电流点)进行偏振和相位同步控制的相干合成。测量高功率输出状态下针对两路非保偏光纤激光同时进行偏振控制的效果，第一光电探测器监测到的归一化时域信号如图4所示。当未执行偏振控制时，随着时间变化，第一光电探测器监测到的时域信号表现出不规则强度起伏，说明第一功率计接收到的激光功率不断地发生变化，表明此时两路传输子光路的输出激光均处于随机偏振状态。当执行偏振控制时，第一光电探测器监测到的归一化时域信号迅速降至最小值附近，表明此时第一功率计接收到的激光功率被锁定到了最小值附近。因此，基于偏振控制系统，可以同时对两路非保偏光纤激光进行偏振控制并实现高功率线偏振激光输出，该两路输出激光能够用于后续的基于偏振合束器的共孔径相干合成。
继续保持偏振控制系统处于闭环状态，然后设置相位控制系统分别处于开环和闭环状态，合成光束的时域信号如图5所示。图5中的开环曲线表示此时第二光电探测器监测到的时域信号，此时合成光束的时域信号在0和1之间随机相干起伏，说明参与合成的两路光束之间存在随时间不断变化的相位噪声。通过光纤延迟线对参与合成的两路光束的光程进行精确调节，直到合成光束时域信号的相干起伏达到最大，然后使相位控制系统处于闭环状态，合成光束的时域信号迅速被锁定到最大值附近，表明经过相位控制后，参与合成的两路激光之间的相位噪声得到了有效补偿。经计算，系统的锁相残差为λ/22。为进一步提高合成效率，再次对光程进行精确调节，观察并记录第二功率计和第三功率计的功率值，将系统的合成效率调整至最优状态。
以上同步进行偏振和相位控制后，第三功率计接收到的合成激光输出功率为1090W，第一功率计接收到的功率为159W，第二功率计接收到的功率为146W。根据上述功率可计算出，偏振控制效率为88.6％，相位控制效率为88.2％。
参照图6，图6(a)所示为参与合成的两路光纤激光和合成激光的输出光谱，合成前两路激光的光谱3dB线宽分别为0.45nm和0.68nm，合成激光的输出光谱3dB线宽为0.58nm。图6(b)给出了合成激光的光束质量，从图6(b)可知，当合成激光的输出功率为1090W时，光束质量测量值为M2 x＝1.25、M2 y＝1.30。以上结果表明合成激光的线宽和光束质量保持较好。
本实用新型采用偏振合束器作为合成元件，当参与合成的两路非保偏光纤激光的输出功率分别为702W和696W时，搭建了一种能够进行偏振和相位控制的光路，基于现有成熟的相位控制方法、偏振控制方法，实现了近单模线偏振合成激光最高功率为1090W的突破，偏振控制效率为88.6％，相位控制效率为88.2％。由于采用该方案合成后的输出激光仍然是线偏振激光，理论上还可继续用于进行下一级的共孔径相干合成，因此，本技术对于合成系统的可选光源和激光路数拓展具有重要意义。
本实用新型未尽事宜为公知技术；
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围；
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围；因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，包括第一路非保偏光纤激光、第二路非保偏光纤激光，所述第一路非保偏光纤激光的传输光路上设置有第一相位调制器、第一光纤延迟线、第一偏振控制器、第一非保偏光纤激光放大链路以及第一准直器，所述第二路非保偏光纤激光的传输光路上设置有第二相位调制器、第二光纤延迟线、第二偏振控制器、第二非保偏光纤激光放大链路以及第二准直器；
第一准直器准直输出的信号激光经偏振合束器透射的水平线偏振光和第二准直器准直输出的信号激光经偏振合束器反射的垂直线偏振光在偏振合束器处合成为第一部分合束光，第一部分合束光进入偏振控制系统，由偏振控制系统采集，所述偏振控制系统输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器和第二偏振控制器；
第一准直器输出信号激光经偏振合束器反射的垂直线偏振光和第二准直器输出信号激光经偏振合束器透射的水平线偏振光在偏振合束器处合成为第二部分合束光；相位控制系统采集一小部分第二部分合束光，输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器、第二相位调制器；大部分第二部分合束光作为共孔径相干合成的主光束输出。
2.根据权利要求1所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，还包括种子激光源、初始相位调制系统、保偏预放大器以及1:2的保偏分束器；所述种子激光源为单频线偏振种子激光源，输出设定任意中心波长的单频种子激光，所述种子激光源后的光路上依次设置有初始相位调制系统、保偏预放大器以及1:2的保偏分束器，由1:2的保偏分束器分束输出第一路非保偏光纤激光和第二路非保偏光纤激光。
3.根据权利要求2所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，所述种子激光源输出中心波长为1071.5nm的单频种子激光。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于：所述非保偏光纤激光放大链路包括非保偏的预放大器和非保偏的主放大器。
5.根据权利要求4所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，所述第一光纤延迟线和第二光纤延迟线均连接光纤延迟线控制器。
6.根据权利要求5所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，两路非保偏光纤激光间的光程一致。
7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，所述偏振控制系统包括第一高反镜、第一光电探测器以及偏振控制单元，第一部分合束光入射至第一高反镜，经第一高反镜透射的第一部分合束光进入第一光电探测器，第一光电探测器与偏振控制单元连接，由偏振控制单元输出两路光纤激光的偏振控制信号给第一偏振控制器和第二偏振控制器。
8.根据权利要求7所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，还包括第一功率计，经第一高反镜反射的>99.9％的第一部分合束光入射至第一功率计。
9.根据权利要求1或2或3或5或6或8所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，所述第二部分合束光的传输光路上设置有分束器，分束器输出的一束光被相位控制系统中的第二光电探测器采集，第二光电探测器与相位控制单元连接，由相位控制单元输出两路光纤激光的相位控制信号给第一相位调制器、第二相位调制器。
10.根据权利要求9所述的基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器，其特征在于，所述第二部分合束光的传输光路上依次设置有半波片、偏振分束器、第二高反镜以及分束器，第二部分合束光入射至半波片，半波片输出的光束入射至偏振分束器，经所述偏振分束器反射出的光束入射至第二功率计，所述偏振分束器的透射光经反射率>99.9％的第二高反镜反射至第三功率计，经第二高反镜透射出的光束入射至分束器，分束器输出的一束光被相位控制系统中的第二光电探测器采集。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322546835.4U CN220822182U (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322546835.4U CN220822182U (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220822182U true CN220822182U (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=90702470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322546835.4U Active CN220822182U (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220822182U (zh) |
-
2023
- 2023-09-19 CN CN202322546835.4U patent/CN220822182U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7884997B2 (en) | System and method for coherent beam combination | |
| CN108512023B (zh) | 一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统 | |
| CN103346470B (zh) | 一种脉冲泵浦的低重复频率光纤激光相干合成系统 | |
| US9240669B2 (en) | Device and passive method for the coherent combination of two amplified and/or spectrally broadened optical beams | |
| CN110081974B (zh) | 一种激光线宽测量系统 | |
| Chow et al. | Widely tunable wavelength converter using a double-ring fiber laser with a semiconductor optical amplifier | |
| CN220822182U (zh) | 基于相位和偏振控制的高功率共孔径相干合成激光器 | |
| Zhao et al. | 302 W triple-frequency, single-mode, linearly polarized Yb-doped all-fiber amplifier | |
| Ma et al. | Coherent beam combination of 137 W fiber amplifier array using single frequency dithering technique | |
| Yamada et al. | Variation of relative intensity noise with optical power in InGaAsP semiconductor optical amplifier | |
| CN117317787A (zh) | 偏振和相位同步控制的高功率共孔径相干合成系统及方法 | |
| Zhang et al. | Numerical model of chirped pulse amplification in pulsed synchronously pumped low-repetition-rate fiber amplifiers | |
| Wang et al. | Coherent beam combining of two W-level fiber amplifiers in turbulence atmospheric environment based on stochastic parallel gradient descent algorithm | |
| Imai et al. | 12-THz frequency difference measurements and noise analysis of an optical frequency comb in optical fibers | |
| Cancio et al. | Noise characteristics of a high-power ytterbium-doped fibre amplifier at 1083 nm | |
| CN112467504B (zh) | 一种超短脉冲光纤放大器的强度噪声抑制装置 | |
| Ma et al. | Generation of a 481-W single frequency and linearly polarized beam by coherent polarization locking | |
| Ma et al. | Hybrid beam combination by active phasing and bandwidth-controlled dichromatic mirror | |
| Gréverie et al. | High power fiber amplifier for Advanced Virgo | |
| Li et al. | A method to obtain the gain coefficient and dithering amplitude of multi-dithering algorithm in coherent beam combining system based on threshold testing | |
| Shen et al. | High-power chaotic green laser beam generated by perturbing a 520 nm laser diode with optical feedback | |
| CN114938241B (zh) | 一种空间模式复用少模光时域反射仪及其实现方法 | |
| CN116131081B (zh) | 脉冲时序激光功率放大装置及时序可控多激光系统 | |
| WO2023238254A1 (ja) | モード分割多重伝送用光学部品評価システム、および、モード分割多重伝送用光学部品評価方法 | |
| CN114754855B (zh) | 一种单光源泵浦的动态遥泵分布式光纤振动监测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |