Hochleistungs-Pulslasermit vollständig aus MOPA-Fasern bestehender Struktur
Zu den wichtigsten Strukturtypen von Faserlasern zählen Einzelresonatoren, Strahlkombinationen und Master Oscillating Power Amplifier (MOPA)-Strukturen. Die MOPA-Struktur hat sich aufgrund ihrer Fähigkeit, hohe Leistung zu erzielen, zu einem der aktuellen Forschungsschwerpunkte entwickelt.gepulster LaserAusgang mit einstellbarer Impulsbreite und Wiederholfrequenz (im Folgenden als Impulsbreite und Wiederholfrequenz bezeichnet).
Das Funktionsprinzip des MOPA-Lasers ist wie folgt: Der Hauptoszillator (MO) ist eine leistungsstarke Seed-Lichtquelle.HalbleiterlaserDie Anlage erzeugt mittels direkter Pulsmodulation ein Seed-Signallicht mit einstellbaren Parametern. Die Hauptsteuerung des Field Programmable Gate Array (FPGA) gibt Pulsstromsignale mit einstellbaren Parametern aus, die von der Treiberschaltung gesteuert werden, um die Seed-Lichtquelle zu betreiben und die initiale Modulation des Seed-Lichts durchzuführen. Nach Empfang der Steuerbefehle von der FPGA-Hauptsteuerung startet die Treiberschaltung der Pumpquelle diese, um Pumplicht zu erzeugen. Nachdem Seed- und Pumplicht durch den Strahlteiler gekoppelt wurden, werden sie jeweils in die Yb³⁺-dotierte Doppelmantel-Glasfaser (YDDCF) des zweistufigen optischen Verstärkungsmoduls eingekoppelt. Dabei absorbieren die Yb³⁺-Ionen die Energie des Pumplichts und erzeugen eine Besetzungsinversion. Anschließend erfährt das Seed-Signallicht, basierend auf den Prinzipien der Wanderwellenverstärkung und der stimulierten Emission, im zweistufigen optischen Verstärkungsmodul eine hohe Leistungsverstärkung und gibt schließlich ein Hochleistungssignal ab.Nanosekunden-PulslaserAufgrund der erhöhten Spitzenleistung kann das verstärkte Impulssignal durch den Verstärkungsbegrenzungseffekt eine Impulsbreitenkompression erfahren. In der Praxis werden daher häufig mehrstufige Verstärkerstrukturen eingesetzt, um die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad weiter zu steigern.
Das MOPA-Lasersystem besteht aus einer FPGA-Hauptsteuerplatine, einer Pumpquelle, einer Seed-Quelle, einer Treiberplatine, einem Verstärker usw. Die FPGA-Hauptsteuerplatine steuert die Seed-Quelle an, um Rohlichtimpulse im MW-Bereich mit einstellbaren Parametern zu erzeugen. Dies geschieht durch die Generierung von elektrischen Impulssignalen mit einstellbaren Wellenformen, Impulsbreiten (5 bis 200 ns) und Wiederholraten (30 bis 900 kHz). Dieses Signal wird über den Isolator in das zweistufige optische Verstärkungsmodul, bestehend aus Vorverstärker und Hauptverstärker, eingespeist und schließlich über den optischen Isolator mit Kollimationsfunktion als hochenergetischer Kurzpulslaser ausgegeben. Die Seed-Quelle ist mit einem internen Fotodetektor ausgestattet, der die Ausgangsleistung in Echtzeit überwacht und an die FPGA-Hauptsteuerplatine zurückmeldet. Die Hauptsteuerplatine steuert die Pumpentreiberschaltungen 1 und 2, um die Pumpquellen 1, 2 und 3 ein- und auszuschalten.FotodetektorWird das Signallicht nicht erkannt, schaltet die Hauptsteuerplatine die Pumpenquelle ab, um Schäden am YDDCF und den optischen Bauteilen aufgrund fehlenden Startlichts zu verhindern.
Das optische Pfadsystem des MOPA-Lasers ist vollständig faseroptisch aufgebaut und besteht aus einem Hauptoszillationsmodul und einem zweistufigen Verstärkungsmodul. Das Hauptoszillationsmodul verwendet eine Halbleiterlaserdiode (LD) mit einer zentralen Wellenlänge von 1064 nm, einer Linienbreite von 3 nm und einer maximalen Dauerleistung von 400 mW als Seed-Laser. Diese wird mit einem Faser-Bragg-Gitter (FBG) mit einem Reflexionsgrad von 99 % bei 1063,94 nm und einer Linienbreite von 3,5 nm kombiniert, um ein Wellenlängenauswahlsystem zu bilden. Das zweistufige Verstärkungsmodul arbeitet mit umgekehrter Pumpwirkung. Als Verstärkungsmedium dienen YDDCF-Fasern mit Kerndurchmessern von 8 μm bzw. 30 μm. Die entsprechenden Absorptionskoeffizienten der Beschichtung betragen 1,0 dB/m bzw. 2,1 dB/m bei 915 nm.
Veröffentlichungsdatum: 17. September 2025