两个光纤激光器的相干合成及其闭环控制

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1、!第!"卷!第!期强激光与粒子束#$%&!"!’$&!!!())*年!月+,-+./012345124’6.427,831914:5;<=&!())*!文章编号!!!))!>?@(("())*#)!>))@!>)?两个光纤激光器的相干合成及其闭环控制"肖!瑞!!侯!静!!姜宗福!!陆启生"国防科学技术大学光电科学与工程学院!长沙?!))*@#!!摘!要!!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

2、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(A(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(!的整数倍!输出光强始终保持最强$该相干合成方案简单易行!性能稳定$!!关键词!!光纤放大器%!相干合成%!闭环控制%!锁相%!相位调制器!!中图分类号!!7’(

3、?B!!!!文献标识码!!4!!光纤激光器是当今光电子技术领域中最前沿的研究课题!同气体或常规固体激光器相比!光纤激光器具有结构简单&散热效果好&转换效率高&阈值低等优点$特别是近年来!国际上发展的以双包层光纤为基础的包层泵浦技术!为提高光纤激光器的输出功率提供了新的途径!改变了光纤激光器只是一种小功率光子器件的历’!>@(史$有关报道表明!半导体泵浦的光纤激光器技术已经成熟!其单根的输出功率可以达到C0量级$单根光纤激光虽然可以通过上述技术提高输出功率!但由于受到掺杂光纤的非线性效应&光学损伤及热损伤等

4、物理机制的限制!大幅度地提高单个激光器的功率相当困难$为达到高的激光输出功率和近衍射极限的光束质量!’?>D(常采用对激光器阵列的输出光束进行合成叠加的技术途径$因此!光纤激光器的相干合成研究意义重大$!!光束的合成有两种方式!即相干合成和非相干合成$光束的相干合成!必须要精确控制激光器的相位!从而使输出光束相干$而非相干合成!阵列中每一个单元的波长或频率有微小差异!它们相互间没有空间的干涉效应产生!只是能量上的一种简单叠加!因此相位并不重要$光纤激光的非相干合成虽然也可以提高输出功率!且比常规固体或气体

5、激光有优势!但相对于相干合成技术!其相干性差!应用受到很大限制$因此!研究光纤激光的组合相干叠加技术!以获得C0级以上的相干激光输出!是今后发展的一个重要方向$!!实验原理!!目前!已经有多种实现相位锁定的方案被提’*>B(出!这些方案大致可以分为主动的相干合成"要’"(求快速的电路反馈系统#和被动的相干合成"依靠’!)(阵列中各个激光器之间的相互注入#$本文中!我们通过两个商用的保偏光纤放大器!采用并联主振荡>功率放大系统":/.4#!利用软件编程控制的方法!探讨光纤激光器相干合成技术的可行性$实验结构

6、如图!所示$!!实验采用全保偏光路!主振荡激光器是中心波长为!)B@=K的分布反馈式保偏光纤激光器!线宽EFG&!!5HIJK)D>(@%!!修订日期!())D>!(>!!基金项目!国家BD@计

7、划项目资助课题作者简介!肖!瑞"!"*B)#!女!博士研究生!主要从事光纤激光器&放大器及其相干合成方面的研究%NSFXF<$()@"!D@&H$K$6$强激光与粒子束第"I卷光纤相位调制器!保偏光纤放大器的输出功率为!!"#连续可调!两光纤放大器的输出光束经过一个$%$的保偏光纤耦合器会聚相干"探测器将采得的干涉信号送入计算机"经过&’机处理后"由(#)采集卡输出一控制电压"实时控制相位调制器"从而使整个系统达到相干叠加!’’(可以实时监测干涉光斑的变化规律!!!该实验系统中"相位差主要来源于以下几个方

8、面$光纤放大器工作时的相位噪声!*%系统闭环工作时"相位调制器加电压引起的两臂的相差%光纤两臂固有长度差以及外界的干扰噪声引起的相差!系统输出的!+!,干涉信号!"#$%-./&!*$!,$!+’&"’式中$"均为随机相差"令"则!*!,!01!*2!,!"#$%-./&!0$!+’&$’!!从&$’式可以看出"系统的干涉光强将随着!02!+的变化成余弦规律变化"如果我们控制!+"使!02!+"$&""&1!"""$"("那么