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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(guò)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(guó)Photline公司開(kāi)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(wèn)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(guó)家都在研發(fā)能夠發(fā)出太瓦級(jí)功率的超高功率激光器。這類(lèi)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(chǎng)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(guò)程中將會(huì)變形，那么具有對(duì)初始脈沖進(jìn)行預(yù)整形的能力就尤為重要了。

作為專(zhuān)業(yè)的鈮酸鋰電光調(diào)制器制造商與服務(wù)商，法國(guó)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(hào)處理中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。

這篇文章主要對(duì)這類(lèi)大型激光器最初幾米的信號(hào)處理，即光信號(hào)還在瓦級(jí)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(shí)性的預(yù)畸變對(duì)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(duì)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(hào)的暫時(shí)性整形與光譜展寬的理想器件。法國(guó)Photline公司開(kāi)發(fā)除了專(zhuān)門(mén)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(gè)調(diào)制級(jí)，第一級(jí)是基于一個(gè)聲光調(diào)制器(AOM), 第二級(jí)是基于兩個(gè)鈮酸鋰馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器(MZM)。兩個(gè)NIR-MX-LN系列調(diào)制器配有高性能脈沖射頻驅(qū)動(dòng)與全自動(dòng)偏壓控制電路以保證輸出穩(wěn)定的光脈沖信號(hào)。

其中兩個(gè)NIR-MX-LN系列調(diào)制器是昊量光電合作伙伴Photline公司專(zhuān)門(mén)為1um近紅外波段設(shè)計(jì)的。鈮酸鋰外調(diào)制所固有的無(wú)以倫比的優(yōu)勢(shì)為使用者提供了所希望的高帶寬與高消光比(up to 30dB)。同時(shí)，昊量光電合作伙伴Photline公司所專(zhuān)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(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(hào)。該產(chǎn)品需要與外置的1064nm窄線寬激光器和短脈沖信號(hào)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(gè)第一級(jí)調(diào)制器(AOM)，其作用是降低進(jìn)入第二級(jí)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(gè)微小脈沖。

一對(duì)級(jí)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(dòng)與全自動(dòng)偏壓控制電路。第二級(jí)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(hào)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(gè)不同放大級(jí)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(duì)于放大鏈中的光學(xué)器件會(huì)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(guò)產(chǎn)生多個(gè)邊帶的方法將信號(hào)光譜展寬。運(yùn)用被高功率射頻發(fā)生器驅(qū)動(dòng)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(guò)選擇合適的射頻正弦信號(hào)，得到m≈7。

因此，信號(hào)光譜被展寬至≈30GHz=110pm

其中的相位調(diào)制器是昊量光電代理的Photline公司NIR-MPX-LN-02調(diào)制器。該調(diào)制器采用與NIR-MX-LN 強(qiáng)度調(diào)制器相同的專(zhuān)利制作工藝。通過(guò)輸入38dBm功率的射頻信號(hào)，我們能夠得到足夠的邊帶和所需要的光譜寬度。