抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法，对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制采用的相位调制信号为φ

【技术实现步骤摘要】
抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法
本专利技术属于光纤激光
，具体地涉及一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法。
技术介绍
高功率、窄线宽光纤激光在光束合成、激光变频、激光通信等领域具有重要应用。目前，受激布里渊散射效应是限制其功率提升的核心因素之一。受激布里渊散射作为一种典型的非线性效应，产生于光纤中信号光场，斯托克斯光场和声波场的相互耦合过程。针对受激布里渊散射效应，目前国内外研究人员已经提出多种抑制方法，主要包括采用大模场高掺杂增益光纤、施加温度和应力梯度、声波裁剪技术、非线性相位解调技术以及相位调制技术等。其中，相位调制技术作为一种简单、高效的受激布里渊散射抑制手段，已成为千瓦级以上高功率、窄线宽光纤激光系统的首选技术方案。针对相位调制技术而言，调制信号的选择直接与系统的功率提升能力相关。目前，广泛应用的相位调制信号有白噪声信号、正弦信号和伪随机相位编码信号。其中，白噪声信号(WNS)和伪随机相位编码信号(PRBS)是目前千瓦级以上高功率、窄线宽光纤放大器的两种主流调制方式。基于上述技术，目前已经实现了～4kW级的高功率、窄线宽光纤激光输出。为了进一步突破受激布里渊散射效应对高功率、窄线宽光纤激光系统输出功率的限制，寻求比白噪声信号调制和伪随机相位编码调制更优的新型调制方式成为该
发展的一个重要研究方向。此外，如何在保证受激布里渊散射功率阈值一致的同时尽可能压窄输出激光的线宽，提升光源的时间相干性也成为高功率、窄线宽光纤激光发展的另一个重要研究方向。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出了一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统及方法，其相较于现有的白噪声信号调制和伪随机相位编码调制，能够实现更高效的受激布里渊散射抑制，为高功率、窄线宽光纤激光系统的进一步功率提升提供理论基础和技术支撑。为实现上述技术目的，本专利技术采用的具体技术方案如下：抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制，实现其光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。受激布里渊散射效应的阈值与受激布里渊散射的增益谱成正相关；当单频激光经过相位调制信号进行光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小；当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小。作为优选方案，对单频激光进行相位调制时采用的相位调制信号φ(t)的数学形式表示为：其中，表示状态函数，B为调制幅度，v为调制频率，n为调制信号的模式，fix表示取整函数，rem为取余函数。在高功率、窄线宽光纤激光中，受激布里渊散射效应的阈值与受激布里渊散射的增益谱成正相关。当单频激光经过相位调制信号φ(t)进行光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小。当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小。经公式(1)所示相位调制信号φ(t)调制的激光相位变化幅度较大，达到数十弧度(rad)，因而对系统要求高，实现难度较大。作为优选方案，本专利技术对公式(1)所示的相位调制信号φ(t)进一步改进。具体是，将公式(1)所示相位调制信号φ(t)除以2π并取余数作为相位值，即最终采用的相位调制信号φf(t)可表示为：φf(t)＝rem(φ(t)/2π)在高功率、窄线宽光纤激光中，受激布里渊散射效应的阈值与受激布里渊散射的增益谱成正相关。当单频激光经过相位调制信号φf(t)进行光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小。当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小。此外，受激布里渊散射增益的减小幅度不仅与调制后激光的谱线宽度成正相关，而且和调制后激光的谱线形态密切相关。本专利技术所述的单频激光器类型不限，可以是全光纤单频光纤激光器，经光纤耦合输出的单频半导体激光器、经光纤耦合输出的单频固体激光器等。单频激光器输出单频光纤激光的实现方式不限，可以基于超短腔结构、环形腔结构等。单频激光器输出的单频光纤激光的时域既可以是连续激光，也可以是纳秒、皮秒等脉冲激光。单频激光器输出的单频光纤激光的偏振方向既可以是线偏振，也可以是随机偏振或椭圆偏振。本专利技术还提供一种抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的系统，包括单频激光器、相位调制系统、级联光纤预放大器、光纤主放大器、包层光滤除器和光纤端帽，单频激光器输出的单频激光首先注入到相位调制系统，进行相位调制，实现其光谱的展宽；经过相位调制系统后的窄线宽激光首先注入到级联光纤预放大器中进行功率提升，经过级联光纤预放大器放大后的光束经过光纤主放大器进行高功率放大。经放大后的激光相继与包层光滤除器和光纤端帽连接，由光纤端帽输出。其中包层光滤除器将残余的包层光滤除，以达到提升输出激光光束质量的目的；光纤端帽用于减弱发射激光的功率密度，防止输出光纤端面发生光学放电，保护整体放大链路的安全稳定。进一步地，本专利技术相位调制系统包括工控计算机、任意波形发生器、电学高压放大器和相位调制器。其中，工控计算机用于编辑相位调制所需的控制代码，工控计算机控制任意波形发生器，任意波形发生器在工控计算机的驱动下产生所需的相位调制信号，电学高压放大器实现对相位调制信号的电压放大，相位调制器将电压信号转换为相位信号施加到注入单频激光光场(包含振幅和相位)的相位项中，实现光谱的展宽。其中，光谱展宽的具体分布由相位调制信号的具体形式决定，展宽的程度由相位调制器的半波电压和施加到相位调制器上的电压幅度决定。在上述系统中，所述的单频激光器类型不限，可以是全光纤单频光纤激光器，经光纤耦合输出的单频半导体激光器、经光纤耦合输出的单频固体激光器等。单频激光器输出单频光纤激光的实现方式不限，可以基于超短腔结构、环形腔结构等。单频激光器输出的单频光纤激光的时域既可以是连续激光，也可以是纳秒、皮秒等脉冲激光。单频激光器输出的单频光纤激光的偏振方向既可以是线偏振，也可以是随机偏振或椭圆偏振。本专利技术中，所述的级联光纤预放大器实现注入激光的功率预放大，注入种子激光的波长在级联光纤预放大器的放大波长范围内。针对级联光纤预放大器中的每一个光纤预放大器，其注入功率需满足预放大器的放大需求。目前，百毫瓦级、瓦级、百瓦级全光纤预放大器已实现产业化，可根据实际需求选取合适的组合。本专利技术所述的主放大器主要包括泵浦源、泵浦-信号合束器、增益光纤。其中，泵浦源波长有多种选择，可以是976nm、915nm、1018nm等。考虑到数千瓦级以上的高功率输出，泵浦-信号合束器一般采用熔融拉锥方式实现，其结构可以是(6+1)×1)，即6个泵浦臂、一个信号输入臂和一个信号输出臂，也可以是(18+1)×1)等。增益光纤可有多种选择，增益光纤其纤芯包层比可以是20/400μm、25/400μm、30/400μm、20/250μm、25/250μm、30/25本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，其特征在于：对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制，实现其光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。/n

【技术特征摘要】
1.抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，其特征在于：对高功率、窄线宽光纤激光放大器中的单频激光器输出的单频激光进行相位调制，实现其光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。


2.根据权利要求1所述的抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，其特征在于：对单频激光进行相位调制时采用的相位调制信号φ(t)的数学形式表示为：






其中，表示状态函数，B为调制幅度，v为调制频率，n为调制信号的模式，fix表示取整函数，rem为取余函数。


3.根据权利要求1所述的抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，其特征在于：对单频激光进行相位调制时采用的相位调制信号φf(t)的数学形式表示为：
φf(t)＝rem(φ(t)/2π)
其中B为调制幅度，v为调制频率，n为调制信号的模式，fix表示取整函数，rem为取余函数。


4.根据权利要求1所述的抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，其特征在于：受激布里渊散射效应的阈值与受激布里渊散射的增益谱成正相关；当单频激光经过相位调制信号进行光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小；当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小。


5.根据权利要求1、2、3或4所述的抑制高功率、窄线宽光纤激光放大器中受激布里渊散射效应的方法，其特征在于：单频激光器是全光纤单频光纤激光器、经光纤耦合输出的单频半导体激光器或者经光纤耦合输出的单频固体激光器。


6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鹏飞，来文昌，黄龙，王涛，宋家鑫，刘伟，姜曼，李灿，粟荣涛，吴坚，马阎星，周朴，
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