一种前向反馈式放大系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种前向反馈式放大系统，包括有输出种子光源的振荡器（1），其特征在于：在所述的振荡器（1）输出端设有将种子光源处理后输出零级光（L0）和壹级光（L1）的声光频移器（2），在所述的声光频移器（2）壹级光（L1）的输出端设有展宽器（3），在所述的展宽器（3）输出端设有级联放大器（4），在所述的级联放大器（4）输出端设有压缩器（5），在所述的压缩器（5）输出端设有一号分束片（BS1），所述一号分束片（BS1）的反射光与补偿放大系统（12）连通，所述补偿放大系统（12）与声光频移器（2）连接并为声光频移器（2）提供控制信号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种前向反馈式放大系统
本技术属于超快强场激光
，尤其是降噪声放大系统。
技术介绍
高功率光纤光梳在高次谐波产生、精密光谱测量、微纳尺度物质加工等领域有着广泛的应用。随着双包层光纤制作工艺和高亮度半导体激光抽运技术的发展，脉冲激光输出平均功率已达到近千瓦，促进了高功率光纤光学频率梳的发展。目前实现高功率光纤光梳载波包络相位稳定的方法主要有两种:相位伺服锁相环技术和差频产生方法。相位伺服锁相环技术易受到反馈带宽限制，反馈过程中对泵浦调制往往导致功率不稳定，破坏振荡源的锁模状态，影响高功率光梳系统稳定运行。差频产生方法的载波包络偏移信号会受到大量l/f噪声和其它低频噪声的影响，限制了锁定的精度。掺镱光纤光梳在放大过程中易受到高阶非线性效应和高阶色散对脉冲时空特性的负面影响，在脉冲强度增强过程中，高阶非线性效应和高阶色散效应会破坏脉冲的空间和时间分布特性，致使脉冲形状发生严重的畸变和分裂。再则，放大过程中自发辐射效应不仅降低了放大系统对泵浦能量的利用效率，同时还会对脉冲引入附加相位噪声和寄生光谱成分，进而严重影响放大器的放大效果。综上所述，虽然目前已有多种实现高功率脉冲放大的系统和设备，但都存在着各种缺陷与不足。
技术实现思路
为了解决现有 技术中的不足，提供一种有效抑制高功率放大过程中热效应、非线性积分、泵浦光强度抖动、拉曼散射和自发放大辐射等效应引入的相位噪声的放大系统。本技术所采用的技术方案为:—种前向反馈式放大系统，包括有输出种子光源的振荡器，在所述的振荡器输出端设有将种子光源处理后输出零级光和壹级光的声光频移器，在所述的声光频移器壹级光的输出端设有展宽器，在所述的展宽器输出端设有级联放大器，在所述的级联放大器输出端设有压缩器，在所述的压缩器输出端设有一号分束片，所述一号分束片的反射光与补偿放大系统连通，所述补偿放大系统与声光频移器连接并为声光频移器提供控制信号。该系统采用前向反馈前向反馈式相位噪声补偿技术，所述的前向反馈相位噪声补偿技术是指利用声光频移器(AOFS)的相位噪声补偿功能抑制高功率放大过程中引入的相位噪声。具体是指，未经锁定的激光振荡器输出光经过一个调制驱动频率为fD的声光频移器(A0FS)，该频移器的输出端将会出现零级和壹级两路输出光。其中，零级光未得到频移器(AOFS)的移频，依然保持原有频率特性；另一路壹级输出光的情况则有所不同，根据声光晶体移频原理，该频移器的壹级衍射光将会获得频移量_fD。如果此时将频移器的驱动频率置为激光器的载波零频，即fffo，则壹级输出光将会得到-fo的频移，此频移就将抵消入射光含有的fo以及伴随fo的相位噪声，所以声光频移器(AOFS)的壹级输出即为精确的光梳。所述的补偿放大系统包括有与一号分束片反射光连通的自参考探测系统，在所述自参考探测系统输出端设有电路滤波放大器，所述的电路滤波放大器输出端与声光频移器连接并为声光频移器提供控制信号。所述的自参考零频探测技术是指利用激光脉冲的高频成分(2m *fr+f0)与低频成分的倍频2 (m*fr+fO)进行拍频，其中m为激光器的纵模个数，为正整数，fO为载波包络相位零频，fr为脉冲的重复频率。拍频信号的低频成分fB=2(m.fr+f0)-(2m.fr+f0)=f0,正是激光载波包络相位零频。其中，采用自参考零频探测技术对放大压缩后的脉冲进行载波包络相位(CEP)零频信号fO的探测，并将该信号反馈给声光频移器声光频移器(A0FS)。所述的补偿放大系统包括有与一号分束片反射光连通和与声光频移器输出的零级光连通的拍频系统，在所述的拍频系统输出端设有滤波放大器，所述滤波放大器输出端与声光频移器连接并为声光频移器提供控制信号。在所述的一号分束片透射光一端还设斜坡系统，所述的斜坡系统输出端设有第二声光频移器，在所述的第二声光频移器壹级光的输出端设有第二展宽器，在所述的第二展宽器输出端设有第二级联放大器，在所述的第二级联放大器输出端设有第二压缩器，在所述的的第二压缩器输出端设有三号分束片，所述的三号分束片反射光与第二拍频系统连通，所述的第二拍频系统还与第二声光频移器输出的零级光连通，在所述的第二拍频系统输出端设有第二滤波放大器，所述第二滤波放大器输出端与第二声光频移器连接并为第二声光频移器提供控制信号，所述的第二滤波放大器输出端还与斜坡系统连接并为斜坡系统提供控制信号。该系统为两种实施例的结合，以第一种实施例的输出光为种子光源通过斜坡系统后进入第二种实施例中的系统，其中，拍频信号一部分用于驱动声光频移器，另一部分用于控制斜坡的相对间距。斜坡间距直接影响斜坡的插入色散量，从而可以影响脉冲的群速度，并达到控制脉冲载波包络相位的功能。由于斜坡的响应速度较慢，但控制效果明显，因此可以用于对脉冲载波包络相位(CEP)的慢变噪声进行控制。声光频移器(AOFS)响应速度快，可以用于对载波包络相位(CEP )的快变信号进行控制。该实施例的优势在于:1、可以降低放大过程对振荡光源的要求，通过使用普通的锁模激光器便可实现载波包络相位(CEP)稳定的高功率脉冲放大。2、减少了多级放大过程中的系统负责度，整个过程只需要采用一次自参考零频探测就可以通过拍频的方式获得载波包络相位(CEP)精密控制的高功率脉冲输出。3、载波包络相位(CEP)零频的控制精度高，不但有效抑制了零频的快变量，而且对零频的慢变漂移实现了精确控制。所述的展宽器和第二展宽器结构相同都为啁啾展宽器，所述的级联放大器和第二级联放大器结构相同都为啁啾联级功率放大器，其沿光路走向从输入端到输出端一次包括有一号预放大器、一号光隔离器、二号预放大器、二号光隔离器、一号主功率放大器、三号光隔离器以及二号主功率放大器。啁啾展宽方法，解决了放大过程中高阶非线性效应对脉冲特性的负面影响。利用多级次级联放大的方式，有效抑制放大过程中的自发辐射噪声，提高泵浦光耦合效率。同时还利用前向反馈平衡补偿方法，提高了时频域控制精度，解决了超快强场激光精密控制的难题。所述的多级级联啁啾脉冲放大技术是指由高色散光纤对低功率的种子脉冲进行时域展宽，使脉冲产生线性啁啾的同时在时间域上由飞秒展宽至数百皮秒。时间尺度上的展宽降低了脉冲的峰值功率，可有效的减弱脉冲放大过程中非线性效应的负面影响。同时，采用多个双包层光子晶体光纤放大器逐步对种子光进行功率放大，即多级级联放大，达到有效抑制放大过程中的自发辐射噪声并充分利用泵浦源能量的目的。所述压缩器和第二压缩器结构相同都为脉冲压缩器，其从入射光到输出端一次通过可透射入射光的第四反光镜、一号光栅、二号光栅、二号反射镜，再经过第五反射镜原路返回至第四反射镜反射输出。所述的自参考探测系统从入射光一侧依次包括有第一显微物镜、铌酸锂晶体、第二显微物镜、滤光片、光电探测器。所述拍频系统和第二拍频系统结构相同，包括有对入射光进行延时控制的由数块反光镜组成的延时系统，还包括有对零级光反射的第三反射镜，以及使零级光和延时后的入射光交汇的二号分束片，在二号分束片输出端设有光电探测器。在所述的第一分束片一侧设有将第一分束片的反射光导入补偿放大系统的第一反射镜。在声光频移器零级光输出一侧设有将零级光导入拍频系统的第二反射镜，在第二声光频移器零级光输出一侧设有将零级光导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前向反馈式放大系统，包括有输出种子光源的振荡器（1），其特征在于：在所述的振荡器（1）输出端设有将种子光源处理后输出零级光（L0）和壹级光（L1）的声光频移器（2），在所述的声光频移器（2）壹级光（L1）的输出端设有展宽器（3），在所述的展宽器（3）输出端设有级联放大器（4），在所述的级联放大器（4）输出端设有压缩器（5），在所述的压缩器（5）输出端设有一号分束片（BS1），所述一号分束片（BS1）的反射光与补偿放大系统（12）连通，所述补偿放大系统（12）与声光频移器（2）连接并为声光频移器（2）提供控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种前向反馈式放大系统，包括有输出种子光源的振荡器(1)，其特征在于:在所述的振荡器(I)输出端设有将种子光源处理后输出零级光(LO)和壹级光(LI)的声光频移器(2)，在所述的声光频移器(2)壹级光(LI)的输出端设有展宽器(3)，在所述的展宽器(3)输出端设有级联放大器(4)，在所述的级联放大器(4)输出端设有压缩器(5)，在所述的压缩器(5)输出端设有一号分束片(BSl),所述一号分束片(BSl)的反射光与补偿放大系统(12)连通，所述补偿放大系统(12)与声光频移器(2)连接并为声光频移器(2)提供控制信号。2.根据权利要求1所述的一种前向反馈式放大系统，其特征在于:所述的补偿放大系统包括有与一号分束片(BSl)反射光连通的自参考探测系统(6)，在所述自参考探测系统(6)输出端设有电路滤波放大器(7)，所述的电路滤波放大器(7)输出端与声光频移器(2)连接并为声光频移器(2)提供控制信号。3.根据权利要求1所述的一种前向反馈式放大系统，其特征在于:所述的补偿放大系统包括有与一号分束片(BSl)反射光连通和与声光频移器(2)输出的零级光(LO)连通的拍频系统(8)，在所述的拍频系统(8)输出端设有滤波放大器(10)，所述滤波放大器(10)输出端与声光频移器(2)连接并为声光频移器(2)提供控制信号。4.根据权利要求2所述的一种前向反馈式放大系统,其特征在于:在所述的一号分束片(BSl)透射光一端还设斜坡系统(9)，所述的斜坡系统(9)输出端设有第二声光频移器(2-1)，在所述的第二声光频移器(2-1)壹级光(LI)的输出端设有第二展宽器(3-1)，在所述的第二展宽器(3-1)输出端设有第二级联放大器(4-1)，在所述的第二级联放大器(4-1)输出端设有第二压缩器(5-1)，在所述的的第二压缩器(5-1)输出端设有三号分束片(BS1-1)，所述的三号分束片(BSl-1)反射光与第二拍频系统(8-1)连通，所述的第二拍频系统(8-1)还与第二声光频移器(2-1)输出的零级光(LO)连通，在所述的第二拍频系统(8-1)输出端设有第二滤波放大器(10-1)，所述第二滤波放大器(10-1)输出端与第二声光频移器(2-1)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁崇智，曾和平，闫明，赵健，
申请(专利权)人：广东汉唐量子光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：