一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统技术方案

本发明专利技术提供一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，该系统综合兼顾高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大器中TMI效应和SBS效应的抑制，利用高功率耦合器的回光监测臂判断SBS效应发生的阈值，通过信号采集处理器将光信号转换为电压信号，并伺服给优化算法控制器，提供相应的控制信号，进而施加到射频信号产生器中的射频源、增益可调电学放大器、带宽可调电学带通滤波器，实现光谱特性的优化，在保证输出线宽尽可能窄的情况下实现SBS效应的最佳抑制效果。同时利用1018nm泵浦源有效降低掺镱主放大器的量子亏损，实现TMI的高效抑制。本发明专利技术为光束合成、非线性波长转换、激光通信、相干雷达、遥感探测等领域提供更高亮度的光纤光源设计方案。

A high brightness and narrow linewidth ytterbium doped fiber laser amplification system

The invention provides a system for realizing high brightness narrow linewidth Yb-doped fiber laser amplification. The system takes into account the suppression of TMI effect and SBS effect in high brightness narrow linewidth Yb-doped fiber laser amplifier, judges the threshold value of SBS effect by using the return monitoring arm of high power coupler, and collects the optical signal through the signal processor. It converts to voltage signal and serves to the controller of optimization algorithm, provides corresponding control signal, and then applies to the RF source, gain adjustable amplifier and bandwidth adjustable bandpass filter in the RF signal generator to optimize the spectral characteristics, and achieves SBS effect with the output line width as narrow as possible. The best inhibitory effect should be achieved. At the same time, the quantum defect of Yb-doped main amplifier can be effectively reduced by using 1018 nm pump source, and TMI can be effectively suppressed. The invention provides a design scheme of fiber light source with higher brightness for the fields of beam synthesis, nonlinear wavelength conversion, laser communication, coherent radar, remote sensing detection, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统
本专利技术属于强激光
，特别是涉及一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统。
技术介绍
高亮度窄线宽掺镱光纤激光在光束合成、非线性波长转换、激光通信、相干雷达、遥感探测等领域具有强烈的应用需求。目前，主振荡功率放大结构(MOPA)是实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的主流技术手段。MOPA结构一般包含一个主振荡器和多级级联光纤放大器。由于光纤激光输出亮度正比于输出功率，反比于光束质量(M2)的平方，因此光纤激光放大器的亮度提升主要体现在光束质量优化(模式控制)和功率提升两个方面。然而，随着输出功率的不断提升，窄线宽掺镱光纤激光放大器中产生的热致模式不稳定效应(TMI)和非线性受激布里渊散射效应(SBS)成为限制其进一步亮度提升的主要技术瓶颈。具体而言，针对TMI，当输出功率达到一定阈值功率后，光纤激光放大器输出模式出现从基模到高阶模式的动态耦合，导致激光输出时域分布和频域分布出现明显不稳定，伴随着光束质量的急剧退化，严重限制了窄线宽掺镱光纤激光的亮度提升能力。针对SBS，当输出功率达到一定阈值功率后，光纤激光放大器的输出功率将快速向反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：包括单频光纤激光器种子源、相位调制器、射频信号产生器、掺镱光纤激光预放大系统、高功率耦合器、掺镱主放大器、光纤端帽、准直器、高反镜I、高反镜II、功率计、光电探测器、分束器、光谱测量仪、光束质量测量仪、信号采集处理器；单频光纤激光器种子源的输出端尾纤连接到相位调制器，射频信号产生器驱动相位调制器，将单频光纤激光器种子源的线宽展宽；经过相位调制器后的激光首先注入到掺镱光纤激光预放大系统进行功率预放大；经掺镱光纤激光预放大系统预放大后的光束从高功率耦合器的输入臂输入后其中一部分光束从高功率耦合器的输出臂导出，其余部分光束从高功率耦合器的回...

【技术特征摘要】
1.一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：包括单频光纤激光器种子源、相位调制器、射频信号产生器、掺镱光纤激光预放大系统、高功率耦合器、掺镱主放大器、光纤端帽、准直器、高反镜I、高反镜II、功率计、光电探测器、分束器、光谱测量仪、光束质量测量仪、信号采集处理器；单频光纤激光器种子源的输出端尾纤连接到相位调制器，射频信号产生器驱动相位调制器，将单频光纤激光器种子源的线宽展宽；经过相位调制器后的激光首先注入到掺镱光纤激光预放大系统进行功率预放大；经掺镱光纤激光预放大系统预放大后的光束从高功率耦合器的输入臂输入后其中一部分光束从高功率耦合器的输出臂导出，其余部分光束从高功率耦合器的回光监测臂导出，从高功率耦合器的输出臂导出的光束注入到掺镱主放大器进行最终的高功率放大；从高功率耦合器的回光监测臂输出的光束注入到信号采集处理器，信号采集处理器与射频信号产生器连接；信号采集处理器将输入的光信号转换为电信号，并根据电信号的变化产生最优控制信号给射频信号产生器，由射频信号产生器产生最优的相位调制信号用于驱动相位调制器，实现系统闭环；经过掺镱主放大器功率放大后的激光经光纤端帽输出到准直器，经准直器扩束准直输出到自由空间；准直输出的激光依次被高反镜I和高反镜II反射后注入到功率计；经高反镜I透射的光束被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号；经高反镜II透射的激光经分束器后被分为两束，其中经分束器反射出的光束注入光谱测量仪，实现对输出激光光谱分布和线宽的测试，经分束器透射出的光束入射到光束质量测量仪，用于观察和监测在整个系统功率提升过程中输出激光的光束质量变化。2.根据权利要求1所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：根据光电探测器输出的电信号用来观察当光纤放大器中产生TMI或SBS效应时输出激光的时域和频域变化，依此判断TMI与SBS的阈值。3.根据权利要求1所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：射频信号产生器由射频源、增益可调电学放大器、带宽可调电学带通滤波器构成,射频源用以产生射频信号，射频源产生的射频信号经增益可调电学放大器实现放大，增益可调电学放大器输出的放大射频信号再经带宽可调电学带通滤波器以滤除放大射频信号的边带成分。4.根据权利要求3所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：信号采集处理器由光电转换器和加载有优化算法的控制器构成；从高功率耦合器的回光监测臂输出的光束注入到光电转换器中，光电转换器将光信号转换为电信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏飞，肖虎，刘伟，来文昌，粟荣涛，黄龙，许将明，吴坚，马阎星，冷进勇，周朴，陈金宝，刘泽金，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43