Vysoce výkonný pulzní laser s celovláknovou strukturou MOPA

Vysoce výkonný pulzní lasers celovláknovou strukturou MOPA

Mezi hlavní strukturální typy vláknových laserů patří struktury s jedním rezonátorem, kombinované paprsky a hlavní oscilační výkonový zesilovač (MOPA). Mezi nimi se struktura MOPA stala jedním z aktuálních výzkumných center díky své schopnosti dosahovat vysokého výkonu.pulzní laservýstup s nastavitelnou šířkou impulzu a opakovací frekvencí (označováno jako šířka impulzu a opakovací frekvence).

Princip činnosti MOPA laseru je následující: Hlavní oscilátor (MO) je vysoce výkonný zdroj semen.polovodičový laserkterý generuje semenné signální světlo s nastavitelnými parametry pomocí přímé pulzní modulace. Hlavní řídicí jednotka programovatelného hradlového pole (FPGA) vydává pulzní proudové signály s nastavitelnými parametry, které jsou řízeny budicím obvodem pro ovládání semenného zdroje a dokončení počáteční modulace semenného světla. Po přijetí řídicích instrukcí z hlavní řídicí desky FPGA spustí budicí obvod čerpacího zdroje čerpací zdroj pro generování čerpacího světla. Poté, co jsou semenné světlo a čerpací světlo propojeny děličem paprsku, jsou vstřikovány do dvojitě plášťovaného optického vlákna (YDDCF) dopovaného Yb3+ v dvoustupňovém optickém zesilovacím modulu. Během tohoto procesu ionty Yb3+ absorbují energii čerpacího světla a vytvářejí inverzní rozdělení populace. Následně, na základě principů zesílení postupné vlny a stimulované emise, dosahuje semenné signální světlo vysokého výkonového zisku v dvoustupňovém optickém zesilovacím modulu, což v konečném důsledku produkuje vysoce výkonný výstup.nanosekundový pulzní laserVzhledem ke zvýšení špičkového výkonu může zesílený pulzní signál zažívat kompresi šířky pulzu v důsledku efektu omezení zesílení. V praktických aplikacích se pro další zvýšení výstupního výkonu a účinnosti zesílení často používají vícestupňové zesilovací struktury.

Laserový obvodový systém MOPA se skládá z hlavní řídicí desky FPGA, zdroje čerpadel, seedového zdroje, desky budiče, zesilovače atd. Hlavní řídicí deska FPGA řídí seedový zdroj tak, aby vydával světelné impulsy na úrovni MW s nastavitelnými parametry generováním pulzních elektrických signálů s nastavitelnými průběhy, šířkou pulzů (5 až 200 ns) a opakovací frekvencí (30 až 900 kHz). Tento signál je přiveden přes izolátor do dvoustupňového optického zesilovacího modulu složeného z předzesilovače a hlavního zesilovače a nakonec vydává vysokoenergetický krátkopulzní laser přes optický izolátor s kolimační funkcí. Seedový zdroj je vybaven interním fotodetektorem pro monitorování výstupního výkonu v reálném čase a jeho zpětný přenos do hlavní řídicí desky FPGA. Hlavní řídicí deska řídí obvody pohonu čerpadel 1 a 2 pro dosažení otevírání a zavírání zdrojů čerpadel 1, 2 a 3. Když...fotodetektorPokud se nepodaří detekovat výstup signálního světla, hlavní řídicí deska vypne zdroj čerpadla, aby se zabránilo poškození YDDCF a optických zařízení v důsledku nedostatku vstupu signálního světla.

Systém laserové optické dráhy MOPA využívá celovláknovou strukturu a skládá se z hlavního oscilačního modulu a dvoustupňového zesilovacího modulu. Hlavní oscilační modul využívá jako zdroj semen polovodičovou laserovou diodu (LD) s centrální vlnovou délkou 1064 nm, šířkou čáry 3 nm a maximálním kontinuálním výstupním výkonem 400 mW a kombinuje ji s vláknovou Braggovou mřížkou (FBG) s odrazivostí 99 % při 1063,94 nm a šířkou čáry 3,5 nm, čímž vytváří systém pro výběr vlnové délky. Dvoustupňový zesilovací modul využívá konstrukci s reverzním čerpadlem a jako zesilovací médium jsou konfigurovány YDDCF s průměrem jádra 8 a 30 μm. Odpovídající absorpční koeficienty povlakového čerpadla jsou 1,0 a 2,1 dB/m při 915 nm.