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铌酸锂电光调制器在超高功率激光脉冲预整形和光谱展宽中的应用

来源:昊量光电

  发布:cici

关键词:铌酸锂电光调制器 激光脉冲

2018-05-26

摘要: 在超高功率激光器中,如何避免种子光在放大过程中的脉冲变形和如何抑制受激布里渊散射具有十分重要的意义。上海昊量光电设备有限公司的合作伙伴法国Photline公司开发的铌酸锂电光调制器在超高功率激光器中进行脉冲预整形和光谱展宽能够有效解决以上问题。
关键词:超高功率激光器、脉冲整形、光谱展宽、铌酸锂电光调制器
目前,世界上很多国家都在研发能够发出太瓦级功率的超高功率激光器。这类激光器主要应用于物质研究、基础物理学、核聚变、强磁场与激光粒子加速等领域。目前,全球最著名的研究机构包括: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结构(Master Oscillator Power Amplifier)。在这种结构的激光器中,初始的种子激光承担了产生所需要形状脉冲的主要功能。既然由种子光产生的脉冲在放大过程中将会变形,那么具有对初始脉冲进行预整形的能力就尤为重要了。
作为专业的铌酸锂电光调制器制造商与服务商,法国Photline公司与上海昊量光电设备有限公司合作在铌酸锂电光调制器在超高功率激光光信号处理中的应用进行了深入的研究。
这篇文章主要对这类大型激光器最初几米的信号处理,即光信号还在瓦级和被导入石英光纤的阶段,进行了探讨。
初始目标包括:
产生高消光比脉冲(≥50dB)
多样化脉冲整形:暂时性的预畸变对于补偿放大器阶段产生的增益饱和是十分必要的。
控制脉冲光谱:光谱展宽对于放大后的抑制受激布里渊散射是十分必要的。

 
   
铌酸锂电光调制器(LiNbO3 Modulator)被证明是实现光信号的暂时性整形与光谱展宽的理想器件。法国Photline公司开发除了专门的一体化ModBox调制方案已实现以上功能。
超高消光比脉冲整形方案:ModBox-Pulse-50dB-1064
上海昊量光电设备有限公司所代理的Photline ModBox-Pulse-50dB-1064产品是一款能够产生1064nm超高消光比与超短脉冲的光脉冲调制方案。
该设备集成了两个调制级,第一级是基于一个声光调制器(AOM), 第二级是基于两个铌酸锂马赫-曾德尔调制器(MZM)。两个NIR-MX-LN系列调制器配有高性能脉冲射频驱动与全自动偏压控制电路以保证输出稳定的光脉冲信号。

 
其中两个NIR-MX-LN系列调制器是昊量光电合作伙伴Photline公司专门为1um近红外波段设计的。铌酸锂外调制所固有的无以伦比的优势为使用者提供了所希望的高带宽与高消光比(up to 30dB)。同时,昊量光电合作伙伴Photline公司所专有的波导加工工艺使得NIR-MX-LN系列调制器在100mW输入光功率下仍然能够稳定地工作!

 
    经过优化设计的ModBox-Pulse-50dB-1064nm一体化调制方案可输出100ps窄脉宽和1Hz到几MHz重频的脉冲信号。该产品需要与外置的1064nm窄线宽激光器和短脉冲信号发生器配合使用。
ModBox-Pulse-50dB-1064nm一体化调制方案包括如下内容:
一个第一级调制器(AOM),其作用是降低进入第二级调制的平均光功率。声光调制器(AOM)产生的巨脉冲能够被电光调制器分成许多个微小脉冲。
一对级联的Photline 30dB ER NIR-MX-LN-10 MZ调制器,并配有脉冲射频驱动与全自动偏压控制电路。第二级的作用是将短脉冲列进行整形。

 
采用ModBox-Pulse-50dB-1064nm调制方案得到的光脉冲:
采用以下额外设备,得到了下图中的结果:
1064nm窄线宽光纤激光器
Kentech任意波形信号发生器


 
采用ModBox光谱展宽的光谱处理:
超高强度激光器中的各个不同放大级所得到的光功率密度已经远远足够产生受激布里渊散射,而受激布里渊散射对于放大链中的光学器件会产生严重损伤或毁坏。为了削弱布里渊散射的影响,有必要通过产生多个边带的方法将信号光谱展宽。运用被高功率射频发生器驱动的铌酸锂电光相位调制器可以得到这些边带。
展宽光谱的总带宽为:△v=2 x m x f
其中,m是调制系数,f是调制频率
实际中,f被定在2GHz范围内,通过选择合适的射频正弦信号,得到m≈7。
因此,信号光谱被展宽至≈30GHz=110pm

 
其中的相位调制器是昊量光电代理的Photline公司NIR-MPX-LN-02调制器。该调制器采用与NIR-MX-LN 强度调制器相同的专利制作工艺。通过输入38dBm功率的射频信号,我们能够得到足够的边带和所需要的光谱宽度。

 
结论:
在超高强度激光器中,在进入放大器之前,NIR铌酸锂强度与相位调制器非常适合用于获得所必需的短暂脉冲形状与光谱形态。
级联的马赫-曾德尔调制器可产生50dB消光比的光脉冲,并且脉冲的上升下降沿很短,脉冲稳定性好,脉冲形状可以多样化。
相位调制器能够产生足够的边带以展宽光谱,避免受激布里渊散射在激光器放大级次中的影响。
上海昊量光电设备有限公司所代理的Photline一体化ModBox产品为高能量放大器和种子源提供理想的调制方案,提供多样化与友好的用户界面,帮助用户实现理想的脉冲整形!
上海昊量光电设备有限公司携手Photline公司为客户提供专业的铌酸锂电光调制解决方案!