專利名稱：線型腔光纖再生放大器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種激光器，特別是一種可以自動控制獲得最大輸出能量的線型腔光
纖再生放大器。它可以自動控制光脈沖在腔中的往返次數(shù)，獲得最大的輸出能量。
背景技術(shù)：
再生放大器(Regenerative Amplifier)可以作為一種產(chǎn)生高穩(wěn)定度、高峰值功 率、超短同步激光脈沖的有效手段，即使在較高的重復頻率下也能夠提供極高的增益( 60dB)，并且引入的時間波形畸變和附加噪聲都很小。因此再生放大器具有十分廣泛的應用 前景。 在許多大能量激光源中，例如慣性約束聚變激光(ICF)裝置，激光核爆模擬等，由 于脈沖激光系統(tǒng)的振蕩器一般只能提供弱種子光，需要經(jīng)過一級或多級放大器放大提高激 光脈沖能量。所以高效率的預放級顯得十分重要，它是高功率激光裝置中決定能否有效地 將待放大光脈沖的能量提高到一定水平的關(guān)鍵器件。再生放大器非常適合放大弱信號光， 且能夠獲取高的增益(> 60dB)，是較常用的激光前置預放大器，再生放大器不同于傳統(tǒng)行 波放大器的特征是多程放大，再生放大過程包括三個部分種子脈沖注入諧振腔、多程放大 和腔倒空。再生放大器能夠大量高效提取激光介質(zhì)的存儲能量，實現(xiàn)小信號激光脈沖若干 數(shù)量級的高增益放大。激光二極管(LD)抽運源的使用，進一步促進了再生放大器的發(fā)展。 與閃光燈抽運源相比，激光二極管抽運的放大器更加可靠穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)緊湊，并且提高了系統(tǒng) 效率，降低了熱耗散，而且工作壽命長。激光二極管抽運的再生放大器廣泛應用于納秒激光 脈沖放大和超短激光脈沖放大。 然而傳統(tǒng)的再生放大器都以激光晶體或者激光玻璃作為工作物質(zhì)，如釹玻璃、 Nd:YAG和鈦寶石晶體，它們各有各的特點，以釹玻璃為例子釹玻璃比較容易生長，可以得 到大尺寸優(yōu)質(zhì)材料，而且能用閃光燈進行泵浦，因此較容易得到大能量的激光輸出，但是釹 玻璃在對短脈沖放大尤其是在再生放大器中增益的窄化相當嚴重，系統(tǒng)只能得到數(shù)百飛秒 的脈沖。 隨著摻雜光纖制造與不同波長的半導體激光器生產(chǎn)技術(shù)的日益成熟，以摻雜光纖 為激光介質(zhì)的光纖激光器件由于轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量好，輸出波長多并且調(diào)諧方便，結(jié)構(gòu) 緊湊小巧，溫度穩(wěn)定性好，兼容性好(可以制作出全光纖器件的激光系統(tǒng))，能勝任惡劣的 工作環(huán)境等眾多優(yōu)點越來越引起人們的重視。 比如摻鐿光纖放大器的研究就是光纖激光器件的一個熱點。與其他固體激光器件 相比，光纖放大器由于結(jié)構(gòu)緊湊、散熱性能好、體積小、重量輕、光束質(zhì)量好等優(yōu)點而受到廣 泛的關(guān)注。在摻雜光纖放大器中，摻鐿光纖放大器由于增益譜寬、效率高、沒有其他摻雜離 子的激發(fā)態(tài)吸收等特性，摻雜濃度也可以很高，沒有濃度淬滅現(xiàn)象，用較短的長度就可以實 現(xiàn)較大的增益，所以在大功率放大方面的應用越來越得到人們的重視。摻鐿光纖放大器在 激光通訊、軍事、醫(yī)療、工業(yè)上有著廣泛的應用前景。 傳統(tǒng)的光纖放大器是采用 一 級或者多級放大[(l)Ultrashot_pulseYb3+_fiber—based laser and amplifier system producing > 25w averager power, Andrew Mali麗ski， Opt. Lett. vol. 29. 2073-2075,2004]，雙程放大 [(3)JeffreyP. Koplow， Dahv A. V. Kliner， Lew Goldberg, UV generation by frequency qimdruplingof a Yb_doped fiber amplifier, IEEE photonics technology lett.1998， 10(1) :75-77 ;(4)Anting Wang， Meishu Xing， Guanghui Chen， Wenkui Yang， Hai Ming， JianpingXie， Yun Wu， Double—pass ytterbium—doped fiber amplifier with high gain coefficientand low noise figure, 2003， 1 (9) :532-535]等手段來獲得高功率(增益)的 激光輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種線型腔光纖再生放大器，可以充分利用泵 浦光，提高泵浦效率，采用摻雜光纖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的激光晶體等工作物質(zhì)，獲得更高的增益， 并且能通過控制自動獲得最大的輸出功率。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種線型腔光纖再生放大器， 包括偏振信號源，線型腔內(nèi)設有第二反射鏡、第一普克爾盒、薄膜偏振鏡、第二普克爾盒、摻 雜光纖和雙色片； 偏振信號源、二分之一波片、第一隔離器、第三反射鏡、薄膜偏振鏡、第一普克爾 盒、第二反射鏡、第二普克爾盒、摻雜光纖和雙色片組成一光通路；
泵浦源通過第二隔離器與雙色片光連通；
薄膜偏振鏡與第一反射鏡光連通；
第一反射鏡與PIN管光連通； 控制電路通過同軸電纜與PIN管和第二普克爾盒電連接。 所述的摻雜光纖位于第二反射鏡與薄膜偏振鏡之間或第二普克爾盒與雙色片之 間。 所述的摻雜光纖包括摻鉺、摻釹、摻鐿、摻銩和摻鉺_鐿光纖等。
所述的二分之一波片為消色差波片。 所述的第一反射鏡，第二反射鏡，第三反射鏡和雙色片為寬帶反射鏡。 所述的控制電路中，后一次脈沖在線型腔內(nèi)往返一次輸出的能量大于前一次輸出
的能量，則控制電路輸出為O，否則輸出為第二普克爾盒的1/4波電壓，同時記錄下脈沖在
線型腔中往返的最佳次數(shù)n;第二波脈沖信號注入線型腔后，控制電路計數(shù)脈沖在腔內(nèi)往
返n次時輸出第二普克爾盒的1/4波電壓。 本發(fā)明提供的一種線型腔光纖再生放大器，通過采用摻雜光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線形腔 再生放大器的工作物質(zhì)，如激光晶體或玻璃，并且通過一個控制電路可以對不同能量，不同 波長的信號光脈沖進行再生放大，自動獲取最大輸出功率，不在需要人為的對第二普克爾 盒進行控制。線型腔光纖再生放大器由于讓信號光多次通過工作物質(zhì)，可以充分利用泵浦 光，提高泵浦效率。適用于光脈沖通過各種摻雜光纖獲取高功率或能量的偏振脈沖光輸出。
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1中，一種線型腔光纖再生放大器，包括偏振信號源12，線型腔內(nèi)設有第二反 射鏡4、第一普克爾盒5、薄膜偏振鏡6、第二普克爾盒10、摻雜光纖11和雙色片13 ;
偏振信號源12、二分之一波片9、第一隔離器8、第三反射鏡7、薄膜偏振鏡6、第一 普克爾盒5、第二反射鏡4、第二普克爾盒10、摻雜光纖11和雙色片13組成一光通路；
泵浦源15通過第二隔離器14與雙色片13光連通；首先選擇適合的泵浦源15和 摻雜光纖11的長度。不同的摻雜光纖所對應的泵浦波長是不同的比如摻鉺光纖一般采 用1480nm或者980nm的半導體激光器作為泵浦源，而摻鐿光纖一般采用975nm， 940nm或者 915nm的半導體激光器作為泵浦源。偏振信號源12與泵浦源15前端的第一隔離器8和第 二隔離器14的隔離度盡量高以免反饋回來的光進入光源引起擾動或破壞，最終影響到輸 出偏振信號光脈沖的穩(wěn)定性。
薄膜偏振鏡6與第一反射鏡1光連通；
第一反射鏡1與PIN管2光連通； 控制電路3通過同軸電纜16與PIN管2和第二普克爾盒10電連接。 所述的摻雜光纖11位于第二反射鏡4與薄膜偏振鏡6之間或第二普克爾盒10與
雙色片13之間。 所述的摻雜光纖11端面以7。 -15°的角度拋光。摻雜光纖ll的端面需要研磨 成一定角度以免引起激光振蕩。 所述的摻雜光纖11包括摻鉺、摻釹、摻鐿、摻銩和摻鉺_鐿光纖等。
所述的二分之一波片9為消色差波片。二分之一波片9可以調(diào)整種子脈沖的偏振 方向以滿足需要，所述的第一反射鏡1，第二反射鏡4，第三反射鏡7和雙色片13為寬帶反 射鏡。這樣可以對不同波長信號光進行再生放大， 所述的控制電路3中，后一次脈沖在線型腔內(nèi)往返一次輸出的能量大于前一次輸 出的能量，則控制電路3輸出為O，否則輸出為第二普克爾盒10的1/4波電壓，同時記錄下 脈沖在線型腔中往返的最佳次數(shù)n;第二波脈沖信號注入線型腔后，控制電路3計數(shù)脈沖在 腔內(nèi)往返n次時輸出第二普克爾盒10的1/4波電壓。 從偏振信號源12輸出的線偏振光脈沖，依次經(jīng)過二分之一波片9，第一隔離器8、 第三反射鏡7，使得光脈沖的偏振方向為p偏振，第一普克爾盒5，經(jīng)第二反射鏡4反射后再 次穿過第一普克爾盒5，由于之前第一普克爾盒5上一直施加1/4波電壓，種子脈沖從p偏 振變?yōu)閟偏振，此時把第一普克爾盒5上的電壓撤掉，這樣種子脈沖的偏振態(tài)不再改變。信 號光脈沖經(jīng)第二普克爾盒10、摻雜光纖11、被雙色片13反射回來，這樣種子脈沖在兩個腔 鏡之間來回反射。光脈沖每往返一次，經(jīng)過增益介質(zhì)兩次，能量不斷放大。隨著放大次數(shù)的 增加，脈沖能量越來越大，而反轉(zhuǎn)粒子數(shù)越來越少，增益逐漸變低，存在一個最佳的往返次 數(shù)。由于薄膜偏振鏡6具有一定的透過率，少量的光經(jīng)過第一反射鏡1、被PIN管2接收， 如后一次脈沖在腔內(nèi)往返一回輸出的能量大于前一次輸出的能量，則控制電路輸出為0，否 則輸出為第二普克爾盒10的1/4波電壓，并記錄下脈沖在放大器中往返的最佳次數(shù)n ;后 一波脈沖注入線型腔后，控制電路3只需要當脈沖在腔內(nèi)往返n次時輸出第二普克爾盒10 的1/4波電壓，于是激光脈沖又從s偏振變成p偏振，透過薄膜偏振鏡6從線型腔倒出，獲得最大的輸出能量，再生放大過程結(jié)束。 由于偏振信號脈沖在腔內(nèi)多次通過處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的摻雜光纖，極大的提高了泵 浦光的轉(zhuǎn)換效率，在同樣的條件下，用相同長度的光纖可以獲得更大的輸出能量或功率。
如果是超短脈沖進行放大時，則在放大前需要通過光柵對，或者棱鏡對等光學器 件對超短偏振光脈沖進行展寬，以避免放大超短脈沖時，高峰值功率引起的非線性效應和 對光學器件的損壞；放大輸出后同樣也可以通過光柵對，棱鏡對等光學器件對光脈沖進行 壓縮。
權(quán)利要求
一種線型腔光纖再生放大器，包括偏振信號源(12)，其特征在于線型腔內(nèi)設有第二反射鏡(4)、第一普克爾盒(5)、薄膜偏振鏡(6)、第二普克爾盒(10)、摻雜光纖(11)和雙色片(13)；偏振信號源(12)、二分之一波片(9)、第一隔離器(8)、第三反射鏡(7)、薄膜偏振鏡(6)、第一普克爾盒(5)、第二反射鏡(4)、第二普克爾盒(10)、摻雜光纖(11)和雙色片(13)組成一光通路；泵浦源(15)通過第二隔離器(14)與雙色片(13)光連通；薄膜偏振鏡(6)與第一反射鏡(1)光連通；第一反射鏡(1)與PIN管(2)光連通；控制電路(3)通過同軸電纜(16)與PIN管(2)和第二普克爾盒(10)電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型腔光纖再生放大器，其特征在于所述的摻雜光纖 (11)位于第二反射鏡(4)與薄膜偏振鏡(6)之間或第二普克爾盒(10)與雙色片(13)之 間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種線型腔光纖再生放大器，其特征在于所述的摻雜 光纖(11)包括摻鉺、摻釹、摻鐿、摻銩和摻鉺-鐿光纖等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型腔光纖再生放大器，其特征在于所述的二分之一波片(9)為消色差波片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型腔光纖再生放大器，其特征在于所述的第一反射鏡(l)，第二反射鏡(4)，第三反射鏡(7)和雙色片(13)為寬帶反射鏡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種線型腔光纖再生放大器，其特征在于所述的控制電路(3)中，后一次脈沖在線型腔內(nèi)往返一次輸出的能量大于前一次輸出的能量，則控制電路 (3)輸出為O，否則輸出為第二普克爾盒10的1/4波電壓，同時記錄下脈沖在線型腔中往返 的最佳次數(shù)n ;第二波脈沖信號注入線型腔后，控制電路(3)計數(shù)脈沖在腔內(nèi)往返n次時輸 出第二普克爾盒10的1/4波電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線型腔光纖再生放大器，涉及一種激光器，通過采用摻雜光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線形腔再生放大器的工作物質(zhì)，如激光晶體或玻璃，并且通過一個控制電路可以對不同能量，不同波長的信號光脈沖進行再生放大，自動獲取最大輸出功率，不在需要人為的對第二普克爾盒進行控制。線型腔光纖再生放大器由于讓信號光多次通過工作物質(zhì)，可以充分利用泵浦光，提高泵浦效率。適用于光脈沖通過各種摻雜光纖獲取高功率或能量的偏振脈沖光輸出。
文檔編號H01S3/067GK101728755SQ20091022653
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月22日
發(fā)明者劉雁 申請人:三峽大學;劉雁