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摘要：在超高功率激光器中，如何避免種子光在放大過程中的脈沖變形和如何抑制受激布里淵散射具有十分重要的意義。上海昊量光電設(shè)備有限公司的合作伙伴法國Photline公司開發(fā)的鈮酸鋰電光調(diào)制器在超高功率激光器中進(jìn)行脈沖預(yù)整形和光譜展寬能夠有效解決以上問題。

關(guān)鍵詞：超高功率激光器、脈沖整形、光譜展寬、鈮酸鋰電光調(diào)制器

目前,世界上很多國家都在研發(fā)能夠發(fā)出太瓦級功率的超高功率激光器。這類激光器主要應(yīng)用于物質(zhì)研究、基礎(chǔ)物理學(xué)、核聚變、強(qiáng)磁場與激光粒子加速等領(lǐng)域。目前，全球最著名的研究機(jī)構(gòu)包括：LMJ at CEA, France; NIF at LLNL, USA, Rutherford Appleton Laboratory in UK。

上述所有的高能量激光器都是基于MOPA結(jié)構(gòu)(Master Oscillator Power Amplifier)。在這種結(jié)構(gòu)的激光器中，初始的種子激光承擔(dān)了產(chǎn)生所需要形狀脈沖的主要功能。既然由種子光產(chǎn)生的脈沖在放大過程中將會變形，那么具有對初始脈沖進(jìn)行預(yù)整形的能力就尤為重要了。

作為專業(yè)的鈮酸鋰電光調(diào)制器制造商與服務(wù)商，法國Photline公司與上海昊量光電設(shè)備有限公司合作在鈮酸鋰電光調(diào)制器在超高功率激光光信號處理中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。

這篇文章主要對這類大型激光器最初幾米的信號處理，即光信號還在瓦級和被導(dǎo)入石英光纖的階段，進(jìn)行了探討。

初始目標(biāo)包括：

l 產(chǎn)生高消光比脈沖(≥50dB)

l 多樣化脈沖整形：暫時性的預(yù)畸變對于補(bǔ)償放大器階段產(chǎn)生的增益飽和是十分必要的。

l 控制脈沖光譜：光譜展寬對于放大后的抑制受激布里淵散射是十分必要的。

鈮酸鋰電光調(diào)制器(LiNbO3 Modulator)被證明是實(shí)現(xiàn)光信號的暫時性整形與光譜展寬的理想器件。法國Photline公司開發(fā)除了專門的一體化ModBox調(diào)制方案已實(shí)現(xiàn)以上功能。

超高消光比脈沖整形方案：ModBox-Pulse-50dB-1064

上海昊量光電設(shè)備有限公司所代理的Photline ModBox-Pulse-50dB-1064產(chǎn)品是一款能夠產(chǎn)生1064nm超高消光比與超短脈沖的光脈沖調(diào)制方案。

該設(shè)備集成了兩個調(diào)制級，第一級是基于一個聲光調(diào)制器(AOM), 第二級是基于兩個鈮酸鋰馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)。兩個NIR-MX-LN系列調(diào)制器配有高性能脈沖射頻驅(qū)動與全自動偏壓控制電路以保證輸出穩(wěn)定的光脈沖信號。

其中兩個NIR-MX-LN系列調(diào)制器是昊量光電合作伙伴Photline公司專門為1um近紅外波段設(shè)計的。鈮酸鋰外調(diào)制所固有的無以倫比的優(yōu)勢為使用者提供了所希望的高帶寬與高消光比(up to 30dB)。同時，昊量光電合作伙伴Photline公司所專有的波導(dǎo)加工工藝使得NIR-MX-LN系列調(diào)制器在100mW輸入光功率下仍然能夠穩(wěn)定地工作！

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的ModBox-Pulse-50dB-1064nm一體化調(diào)制方案可輸出100ps窄脈寬和1Hz到幾MHz重頻的脈沖信號。該產(chǎn)品需要與外置的1064nm窄線寬激光器和短脈沖信號發(fā)生器配合使用。

ModBox-Pulse-50dB-1064nm一體化調(diào)制方案包括如下內(nèi)容：

一個第一級調(diào)制器(AOM)，其作用是降低進(jìn)入第二級調(diào)制的平均光功率。聲光調(diào)制器(AOM)產(chǎn)生的巨脈沖能夠被電光調(diào)制器分成許多個微小脈沖。

一對級聯(lián)的Photline 30dB ER NIR-MX-LN-10 MZ調(diào)制器，并配有脈沖射頻驅(qū)動與全自動偏壓控制電路。第二級的作用是將短脈沖列進(jìn)行整形。

采用ModBox-Pulse-50dB-1064nm調(diào)制方案得到的光脈沖：

采用以下額外設(shè)備，得到了下圖中的結(jié)果：

l 1064nm窄線寬光纖激光器

l Kentech任意波形信號發(fā)生器

采用ModBox光譜展寬的光譜處理：

超高強(qiáng)度激光器中的各個不同放大級所得到的光功率密度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠產(chǎn)生受激布里淵散射，而受激布里淵散射對于放大鏈中的光學(xué)器件會產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷或毀壞。為了削弱布里淵散射的影響，有必要通過產(chǎn)生多個邊帶的方法將信號光譜展寬。運(yùn)用被高功率射頻發(fā)生器驅(qū)動的鈮酸鋰電光相位調(diào)制器可以得到這些邊帶。

展寬光譜的總帶寬為：△v=2 x m x f

其中，m是調(diào)制系數(shù)，f是調(diào)制頻率

實(shí)際中，f被定在2GHz范圍內(nèi)，通過選擇合適的射頻正弦信號，得到m≈7。

因此，信號光譜被展寬至≈30GHz=110pm