MOPA結(jié)構(gòu)的脈沖激光器原理
光纖激光器的諧振腔本身就是一段光纖,所以它不能像傳統(tǒng)激光器那樣在諧振腔內(nèi)插入Q開關(guān)來實(shí)現(xiàn)脈沖輸出,因?yàn)榘压饫w諧振腔(就是光纖)攔腰截?cái)嗖迦隥晶體,一會(huì)增大插入損耗,二會(huì)影響整個(gè)激光器的緊湊性而無法實(shí)現(xiàn)光纖一體化。所以如何實(shí)現(xiàn)光纖激光器的脈沖輸出又是一個(gè)全新的研究課題。目前比較成熟的技術(shù)是采用MOPA(主振動(dòng)功率放大)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 MO(Oscillator)就是主振動(dòng)器,它其實(shí)就是一個(gè)功率(10-20mw)很小的激光器,一般可選用波長合適(如1064nm)的LD。小功率LD很容易通過驅(qū)動(dòng)電流來直接調(diào)制輸出參數(shù),如重復(fù)頻率、脈寬、脈沖波形以及功率大小,通過尾纖把光脈沖信號(hào)串聯(lián)進(jìn)PA(PowerAmplifier)---光纖功率放大器進(jìn)行光脈沖放大。光纖放大器一般只用于光纖通訊,它的原理與光纖激光器十分相似,只不過撤掉了光纖兩端的光纖光柵而無法形成激光振動(dòng),只起信號(hào)放大作用。光纖放大器能嚴(yán)格按照MO耦合近來的種子源光進(jìn)行原形放大,卻不改變激光波長、重復(fù)頻率、脈寬和脈沖波形。所以脈沖激光器采用MOPA方式,既可得到優(yōu)良的激光特性,又能大大提高輸出激光的亮度。這是傳統(tǒng)方式所無法達(dá)到的綜合效果。 從MO出來的光脈沖通過PA放大器時(shí),脈沖的各部位獲得的增益會(huì)不同:脈沖前沿的增益按指數(shù)規(guī)律增加,脈沖后部的增益逐漸減少,脈沖后沿增益最小,尤其是如果脈沖信號(hào)光很強(qiáng),或脈寬較寬時(shí),脈沖后沿根本就得不到放大。所以在PA中一般要加上增益平坦器,使得脈沖各部位得到均勻放大(如果入射信號(hào)的能量很小或者脈沖很短,整個(gè)脈沖可得到均勻放大,而且脈沖形狀保持不變)。 激光脈沖通過放大器之后,其波形的變化與入射信號(hào)脈沖的前沿上升速度有著直接的關(guān)系。如果信號(hào)光是高斯型脈沖,因脈沖前沿上升比指數(shù)還快,所以經(jīng)過放大后,脈寬可以得到壓縮;如果是指數(shù)型脈沖,形狀和脈寬幾乎都不變化;如果輸入脈沖前沿上升時(shí)間比指數(shù)函數(shù)更緩慢,則放大后其脈寬會(huì)變寬。一般為了獲得高功率、窄脈寬的激光脈沖,可以在信號(hào)進(jìn)入放大器之前,采用削波技術(shù)切去脈沖的緩慢上升部分,使其脈沖前沿變陡,即能達(dá)到壓縮脈寬的目的
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