三路掺镱光纤放大器的相干合成实验研究

光纤激光相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径。采用主振荡并联放大器（MOPA）方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,其中每路光纤放大器的输出功率大于等于1 W,三路总功率大于等于3 W。采用铌酸锂光纤相位调制器,外差法系统的移频量为40 MHz,相位探测与校正精度优于l/20,整个光路为全保偏光路。实验分别给出了两路和三路光纤放大器的相干合成结果。系统开环时,远场光斑为动态、模糊干涉条纹,条纹可见度为7%和6%;系统闭环运行时,远场光斑为稳定、高对比度干涉条纹,条纹可见度有大幅度提高,达到44%和48%。这表明闭环控制使两路和三路光纤激光的相位变化得到了有效补偿,系统实现了相位锁定运行和高相干度合成输出。     

两个光纤激光器的相干合成及其闭环控制

 采用了并联主振荡-功率放大的相干合成方案,实现了光纤激光器的相干叠加。主振荡的输出光通过保偏光纤分束器分为两路,其中一路加入保偏光纤相位调制器以实现闭环控制,两个保偏光纤放大器分别对两路输出光进行放大,放大后的输出光再由一个2×2的保偏光纤耦合器会聚相干。合成输出光的一部分通过光电转换后进入数据采集卡,采集卡将采集到的数据送入计算机进行实时处理并将得到的反馈信号作用于相位调制器,相位调制器实时控制两路信号的相位差,从而实现整个实验系统的相干合成输出。系统实现闭环控制后,两路光纤放大器的相位差为2π的整数倍,输出光强始终保持最强。该相干合成方案简单易行,性能稳定。     

两个光纤激光器的相干合成及其闭环控制

采用了并联主振荡-功率放大的相干合成方案,实现了光纤激光器的相干叠加。主振荡的输出光通过保偏光纤分束器分为两路,其中一路加入保偏光纤相位调制器以实现闭环控制,两个保偏光纤放大器分别对两路输出光进行放大,放大后的输出光再由一个2×2的保偏光纤耦合器会聚相干。合成输出光的一部分通过光电转换后进入数据采集卡,采集卡将采集到的数据送入计算机进行实时处理并将得到的反馈信号作用于相位调制器,相位调制器实时控制两路信号的相位差,从而实现整个实验系统的相干合成输出。系统实现闭环控制后,两路光纤放大器的相位差为2π的整数倍,输出光强始终保持最强。该相干合成方案简单易行,性能稳定。     

光纤型宽带可调连续波差频产生中红外激光器

报道一种新型光纤化宽带可调连续波中红外激光器系统,该激光系统采用准相位匹配(QPM)的差频产生(DFG)技术,非线性晶体为多周期的周期性极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN),掺镱光纤激光器(YDFL)用作抽运光源,可调激光器经掺铒光纤放大器(EDFA)功率提升后作为信号光源。利用建立的准相位匹配-差频产生系统,获得了连续波中红外差频光输出;实验发现,温度导致相位失谐的半峰全宽(FWHM)为4.5℃;通过优化选择晶体周期,并结合调节信号光波长和控制温度,该准相位匹配-差频产生系统可在3.1~3.6μm内连续调谐。     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说,如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式,详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正,实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 相干度     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说，如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式，详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正，实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果.     

光纤激光相干合成中两种相位控制方法的比较

主振荡功率放大器(MOPA)相干合成是实现大数量光纤激光器相干合成的一条有效途径,而相位控制是其中的关键。对MOPA方案的两种相位控制方法——外差探测法和多抖动法进行了比较分析。并在此基础上,提出了一种新的相位控制方法。新方法增加了相干合成的光束数目,降低了实验操作难度。通过Matlab软件仿真表明,采用新方法进行64路光束相干合成时,相位均方根误差小于0.08λ,而使用多抖动法进行30路光束相干合成时,相位均方根误差为0.15λ。     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

基于公共环形腔耦合的光纤激光器相干合成技术

 为提高光纤激光器无源自调整相干合成阵列的效率、稳定性和可扩展性,提出了基于公共光纤环形腔耦合与单模光纤滤波的光纤激光器相干合成方案。将多个2×2的光纤耦合器分别插入各单元激光器的谐振腔,利用耦合器余下的端口,两两相连构成公共环形耦合腔。采用单模光纤滤波技术,提高了各输出激光束之间相位锁定的稳定性。利用该方案在实验上实现了三路光纤激光器的被动锁相输出,实验测得的远场干涉光斑、输出功率及光谱均表明该方案适于构建性能较好的光纤激光器相干合成阵列。     

基于能动分块反射镜的两路光纤放大器相位探测及其相干合成实验研究

在光纤激光相干合成中,需要探测各路光束之间的平移误差.提出了一种条纹提取算法,利用此算法能得到准确的相位平移扰动.基于此算法,针对两路光纤放大器测量了毫瓦量级的光纤放大器的相位噪声特性,然后采用高速数字处理电路以及能动分块反射镜完成了平移相位扰动的实时校正.实验结果表明,闭环前后条纹对比度从0.09提高到0.25,平移误相位噪声强度的幅值从1053.4 nm降低到116.7 nm,系统校正精度达到1/10λ,控制带宽约为50Hz. 关键词： 能动分块反射镜 条纹提取算法 相位扰动 光纤放大器     

LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

研究了LaB6在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB6作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

Coherent beam combination of 137 W fiber amplifier array using single frequency dithering technique

We demonstrate coherent beam combination of 137 W fiber amplifier array using single frequency dithering technique. Four polarization-maintained fiber amplifiers are tiled into 2×2 array and the output power of each amplifier is about 35 W. Single frequency dithering algorithm is run on a signal processor based on field programmable gate array (FPGA) for phase control on the fiber amplifiers. When the phase control system goes into closed-loop, the fringe contrast of far-field intensity pattern is improved by more than 87% from 0 in open-loop, and the residual phase error is less than λ/20.     

All-fiber coherent beam combining with phase stabilization via differential pump power control

Coherent beam combining enables power scaling beyond the limits of single amplifiers. Therefore, improving the performance and simplicity of coherent combination techniques is of great interest for many high power applications. Here, we show all-fiber coherent beam combining of two ytterbium doped amplifiers with and without a dedicated phase actuator and a total output power up to 25 W. Instead of a dedicated phase actuator, we directly controlled the two ytterbium amplifiers to also stabilize their relative phase. We compared the performance of this method with phase stabilization using two piezo driven fiber stretchers. In both cases, power noise was dominated by the single amplifier.     

Coherent beam combining of 137 W 2 × 2 fiber amplifier array

We demonstrate coherent beam combining of two-dimensional fiber amplifier arrays with a total of 137 W output power using stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. Compact all-fiber polarization-maintained single frequency fiber amplifier chains are developed and four fiber amplifiers are arranged to 2 × 2 laser array with a fill factor of 70% in the near-field. Active phase control is implemented by a digital signal processor (DSP) based SPGD controller. The fringe visibility of the coherent combined beam profile is as high as 81% when the system is closed-loop controlled despite perturbations of the environment.     

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1 063.8 nm,重复频率100 kHz~10 MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100 kHz、脉冲宽度5 ns时,激光器获得了平均功率为1.2 W,峰值功率为2.4 kW的单横模激光脉冲输出.     

Coherent combination of two ytterbium fiber amplifier based on an active segmented mirror

To control the phase noise of two ytterbium fiber amplifiers, a coherent combination system based on an active segmented mirror (ASM) has been established in our laboratory. The ASM is controlled by a feed back control loop on the basis of a Peak Rate (PR) algorithm which is realized on a DSP + FPGA hardware control board. Experimental results indicate that when the control loop is off, the far-field interference pattern is blurred and dynamic, while when it is on, the far-field beams interference pattern achieves clear and stable. At two different output powers, the contrasts of the interference stripes are improved from 7% to 19% and 8% to 28% respectively.     

高重复频率、单模纳秒脉冲全光纤激光器

报道了一种基于主振荡放大技术的全光纤脉冲激光器.种子激光器使用直接调制的单纵模半导体激光器,其输出波长为1 063.8 nm,重复频率100 kHz～10 MHz连续可调谐,光纤放大器采用了多级放大器级联的方法.在重复频率100 kHz、脉冲宽度5 ns时,激光器获得了平均功率为1.2 W,峰值功率为2.4 kW的单横模激光脉冲输出.