基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法，包括：种子源输出窄线宽光信号；设计二值化多频信号，通过任意波形发生器输出；滤除信号谐波后，进行功率放大，再滤除倍频成分；通过相位调制展宽种子源光谱；测量与记录展宽后种子源光谱形状；种子源通过一个光隔离器后，通过光功率预放大器；种子源信号光接入第一光环形器端口，从第二光环形器端口引出接入光功率主放大器，将一个光功率计与第三光环形器端口相接；将第二光环形器端口输出信号经光功率计进行实时检测。本发明专利技术在有限光谱展宽范围内优化光谱细节，提升带内平坦度，抑制高功率窄线宽连续光纤激光器功率放大过程中的受激布里渊散射和自脉冲现象。现象。现象。

【技术实现步骤摘要】
基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法


[0001]本专利技术涉及超高功率激光放大技术的光谱展宽领域，具体地，涉及一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法。

技术介绍

[0002]高功率光纤激光器具有光束质量高、散热性能好、环境稳定等优点，在材料加工、医学、遥感、国防等领域有着广泛的应用，千瓦级及以上的高功率光纤激光器一直是工业界和学术界密切研究的对象[1]。其中，窄线宽的单模光纤激光器可以用于光束合成应用，如光谱光束合成(SBC)和相干光束合成(CBC)，来提升激光输出功率，引起了人们的极大关注。由于纤芯尺寸小、相互作用时间长，高功率单模光纤激光器会受到诸如受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)等非线性效应的不利影响。其中，受激布里渊散射是窄线宽连续光纤放大器的最低阈值非线性效应[2]。这个过程是相位匹配的三阶非线性相互作用，它将声学声子耦合到光场的光子和后向散射的斯托克斯光上。因此，光功率从激光转移到后向斯托克斯光中，从而抑制了信号光的放大，并且反向回波会引起脉冲，导致光纤放大器中的元件损坏[3]。因此，抑制SBS效应是提升光纤激光器输出功率的最紧要的任务。
[0003]公开号为CN113225133A的专利技术专利，公开了一种窄线宽种子源及激光光谱展宽的方法，包括：白噪声源，产生白噪声电信号；功率分配器，将白噪声电信号分为至少两路白噪声电信号；至少两个滤波器，滤除接收到的白噪声电信号中不必要的信号频率；至少两个射频放大器，每个射频放大器分别与滤波器相连，对电信号进行功率强度放大处理，得到放大后的白噪声电信号；至少两个可调衰减器，与射频放大器相连，对白噪声电信号进行衰减调整，并将调整后的白噪声电信号输出至相位调制器进行电光调制；单频激光器，用于输出预设波长和功率的激光；至少两个相位调制器，相位调制器还用于对接收到的激光进行光谱展宽处理，以得到光谱展宽后的目标光源。
[0004]目前，有很多抑制SBS的方案，如增大模场面积(LMA)、减小光纤有效长度[4]、使用反向泵浦结构[5]、相位调制展宽种子激光线宽[3][6]等。其中相位调制展宽种子源是目前应用范围最广的方案，主要是从频域的角度实现SBS抑制。相位调制只改变相位，不引入额外的功率，且能够灵活调节光谱的线宽，通过增加布里渊增益谱宽度，实现对SBS的有效抑制。鉴于白噪声较好的频谱连续性，目前主流方案均采用级联白噪声源的相位调制的全光纤窄线宽放大器。理论上，种子源带宽越宽，SBS的抑制效果越好，但是考虑到光束合成的实际用途及种子源相干性的要求，线宽不应过高，应小于20GHz。而采用白噪声方案获得高输出功率(2.5kW以上)所需的光谱带宽较宽(30GHz以上)[7]，而且自脉冲效应成为了限制窄线宽连续光纤激光器功率提升的一个严重限制因素。自脉冲来源于随机信号的局部频域劣化导致的时域脉冲，与SBS效应有关，严重威胁了激光器的安全。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于设计出实现固定带宽下最优光谱的多频驱动信号。
[0006]参考文献：
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fiber MOPA with cascaded phase
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技术实现思路

[0014]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法。
[0015]根据本专利技术提供的一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统及方法，所述方案如下：
[0016]第一方面，提供了一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，所述系统包括：
[0017]窄线宽激光器、任意波形发生器、相位调制器、功率放大器、主控振荡结构光纤放大器、以及光功率计、光电二极管和示波器；
[0018]其中，窄线宽激光器：发出光信号，作为种子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，包括：窄线宽激光器、任意波形发生器、相位调制器、功率放大器、主控振荡结构光纤放大器、以及光功率计、光电二极管和示波器；其中，窄线宽激光器：发出光信号，作为种子源；任意波形发生器：实时输出仿真设计的电信号；相位调制器：将任意波形发生器输出的电信号调制到所述的窄线宽激光器发出的光信号上；功率放大器：提高电信号的功率，增大相位调制的调制深度；主控振荡结构光纤放大器：包括光隔离器、光功率预放大器、光环形器、光功率主放大器；光隔离器：隔离反向传输的光信号；光功率预放大器：将种子源输出信号放大到预设的功率范围；光环形器：包括第一光环形器端口、第二光环形器端口和第三光环形器端口；光功率主放大器：对预放大后的信号功率进行更高功率的放大处理；光功率计：监测前向和反向光功率；光电二极管：将光信号转化为电信号；示波器：实时监测输出激光的时域信号。2.根据权利要求1所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，在功率放大器前后设置带宽匹配的电滤波器以滤除谐波。3.根据权利要求1所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，所述在相位调制器和光功率预放大器之间设置光隔离器，防止反向回光信号对光器件造成损坏。4.根据权利要求1所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，在仿真软件上设计频域信息确定的多频信号，设置幅度阈值，二值化处理后转为0
‑
1序列，通过任意波形发生器或其他模数转换器产生，作为相位调制器的驱动信号。5.根据权利要求4所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，其特征在于，通过改变所述二值化多频信号时域和频域的信号包络特征对展宽光谱的波形和带内平坦度进行优化。6.一种基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
5中任意一项所述的基于二值化多频信号驱动的种子源光谱展宽系统，执行步骤包括：步骤S1：将种子源...

【专利技术属性】
技术研发人员：义理林，石梦悦，李洁，吴章立，吴勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：