MOPA結構的脈衝激光器原理

光纖激光器的諧振腔本身就是一段光纖,所以它不能像傳統激光器那樣在諧振腔內插入Q開關來實現脈衝輸出,因為把光纖諧振腔(就是光纖)攔腰截斷插入Q晶體,一會增大插入損耗,二會影響整個激光器的緊湊性而無法實現光纖一體化。所以如何實現光纖激光器的脈衝輸出又是一個全新的研究課題。目前比較成熟的技術是采用MOPA(主振動功率放大)技術來實現。 MO(Oscillator)就是主振動器,它其實就是一個功率(10-20mw)很小的激光器,一般可選用波長合適(如1064nm)的LD。小功率LD很容易通過驅動電流來直接調製輸出參數,如重複頻率、脈寬、脈衝波形以及功率大小,通過尾纖把光脈衝信號串聯進PA(PowerAmplifier)---光纖功率放大器進行光脈衝放大。光纖放大器一般隻用於光纖通訊,它的原理與光纖激光器十分相似,隻不過撤掉了光纖兩端的光纖光柵而無法形成激光振動,隻起信號放大作用。光纖放大器能嚴格按照MO耦合近來的種子源光進行原形放大,卻不改變激光波長、重複頻率、脈寬和脈衝波形。所以脈衝激光器采用MOPA方式,既可得到優良的激光特性,又能大大提高輸出激光的亮度。這是傳統方式所無法達到的綜合效果。 從MO出來的光脈衝通過PA放大器時,脈衝的各部位獲得的增益會不同:脈衝前沿的增益按指數規律增加,脈衝後部的增益逐漸減少,脈衝後沿增益最小,尤其是如果脈衝信號光很強,或脈寬較寬時,脈衝後沿根本就得不到放大。所以在PA中一般要加上增益平坦器,使得脈衝各部位得到均勻放大(如果入射信號的能量很小或者脈衝很短,整個脈衝可得到均勻放大,而且脈衝形狀保持不變)。 激光脈衝通過放大器之後,其波形的變化與入射信號脈衝的前沿上升速度有著直接的關係。如果信號光是高斯型脈衝,因脈衝前沿上升比指數還快,所以經過放大後,脈寬可以得到壓縮;如果是指數型脈衝,形狀和脈寬幾乎都不變化;如果輸入脈衝前沿上升時間比指數函數更緩慢,則放大後其脈寬會變寬。一般為了獲得高功率、窄脈寬的激光脈衝,可以在信號進入放大器之前,采用削波技術切去脈衝的緩慢上升部分,使其脈衝前沿變陡,即能達到壓縮脈寬的目的

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