1. Волоконный лазер MOPA

Рис. 1. Упрощенная структурная схема волоконного лазера MOPA.

       Лазерный генератор MOPA (главный генератор-усилитель мощности) представляет собой структуру лазерного генератора, состоящую из лазерного генератора и усилителя. В промышленной области лазерный генератор MOPA представляет собой уникальную, более «умную систему» ​​наносекундный одноимпульсный волоконный лазерный генератор, состоящий из полупроводникового лазерного источника затравки, управляемого импульсным током, и оптоволоконного датчика. Его «интеллект» главным образом выражается в независимо регулируемой длительности выходного импульса (от 2 нс до 500 нс), а частота повторения может достигать МГц. Структура затравочного источника волоконного лазера с модуляцией добротности заключается во вставке модулятора потерь в полость колебаний волокна, который периодически модулирует оптические потери в резонансной полости для генерации наносекундного импульсного светового потока с определенной длительностью импульса.

       (2+1)×1 накачка и сумматор сигналов в волоконном лазере MOPA, показанном выше, используется в качестве источника накачки усилителя.Он может обеспечить два входа источника света накачки для усилителя в лазере MOPA, что значительно улучшает Выходная мощность лазера.

Сумматоры насосов и сигналов

один. определение

       Комбинатор накачки и сигналов LBTEK (называемый объединителем накачки) специально разработан для использования в области мощных волоконных лазеров и волоконных усилителей.Он имеет структуру (2+1)×1 и сочетает в себе 2-канальную энергию накачки с 1-канальная энергия накачки.Энергия сигнала синтезируется в одном волокне с двойной оболочкой, свет накачки соединяется с первой оболочкой волокна с двойной оболочкой, а световой сигнал распространяется в сердцевине волокна с двойной оболочкой, понимая, что энергия накачки и энергия сигнала находятся в одном и том же волокне передачи.

два. Функции

1. Энергия накачки и энергия сигнала передаются по одному и тому же оптическому волокну.

2. Высокая эффективность абсорбции насоса.

3. Низкие вносимые потери, высокая стабильность.

три. иллюстрировать

1. Структура    

       В центре сумматора накачки (N+1)×1 находится сигнальное волокно для входа светового сигнала (как показано на рисунках 1 и 3). Сигнальное волокно расположено близко и симметрично вокруг сигнального волокна для входа накачки. свет N многомодовых оптических волокон. Этот тип сумматора накачки в основном используется в таких областях, как волоконные усилители и волоконные лазеры.

Рис. 1. Структурная схема сумматора лучей (N+1)×1.

2.Принцип

       Основной принцип работы объединителя накачки заключается в непосредственном использовании сварки для достижения связи лучей после формирования оптического волокна.Для достижения высокой эффективности связи необходимо соблюдать следующие условия: числовая апертура NAin связанного входного волокна (пучок ) не больше связанного выходного сигнала. Числовая апертура NAout волокна равна:

NAin≤NAout (1-1)

       Классификацию объединителей насосов можно разделить на две основные категории с точки зрения конструкции: одна — это объединитель насосов типа N×1, а другая — объединитель насосов типа (N+1)×1. Структура типа N×1 объединяет N волокон накачки и сужает их, а затем объединяет их с одним выходным волокном. В основном используется в оптоволоконных генераторах. Через структуру типа (N+1)×1 проходит сигнальное волокно, поэтому сумматор накачки типа (N+1)×1 в основном используется в волоконных усилителях и волоконных лазерах.

       Согласно требованиям формулы (1-1), числовая апертура NAt одиночного волокна накачки после сужения не должна быть больше числовой апертуры NAout выходного волокна, а числовая апертура NAin волокна накачки до сужения различна. от этого после сужения.Соотношение между числовой апертурой NAt:

NAin×Din=NAt×Dout (1-2)

Среди них Din — общий диаметр входного пучка волокон до сужения, Dout — диаметр входного пучка волокон после сужения, то есть диаметр выходного волокна, мы можем получить:

NAin×Din≤NAt×Dout (1-3)

Уравнение (1-3) представляет собой условие, которому должен соответствовать объединитель насосов типа N×1.

       Комбайнер насосов типа N×1 представляет собой объединитель насосов с концевым насосом. Существует две конструкции объединителя насосов типа (N+1)×1: одна — с торцевым насосом, другая — с боковым насосом. Структура сумматора насосов с концевым насосом (N+1)×1 в основном такая же, как и у объединителя насосов типа N×1. Единственное отличие заключается во вводе типа конечного насоса (N+1). Комбинатор накачки ×1. Пучок волокон состоит из N волокон накачки, которые сужены вокруг сигнального волокна. Для достижения высокой эффективности соединения насосов объединитель насосов типа (N+1)×1 на конце также должен соответствовать требованиям уравнения (1-3). В объединителе насосов с боковым насосом (N+1)×1 N конических волокон насоса распределяются вокруг сигнального волокна, при этом сигнальное волокно не сужается. Для достижения более высокой эффективности связи также необходимо удовлетворять условию уравнения (1-1), то есть угол света, попадающего сбоку на выходное волокно, не должен превышать критический угол выходного волокна. . Комбинатор насосов с боковой накачкой (N+1)×1 разработан на основе технологии соединения с боковой сваркой, и принципы работы обеих конструкций одинаковы.    

3. Метод производства

       Комбинатор насосов с концевым насосом основан на технологии плавления оптических волокон. Основные этапы его производства в основном разделены на три этапа: во-первых, объединить и сузить входные волокна; во-вторых, объединить входные волокна и сузить их. Отрежьте область конуса заданного диаметра; в-третьих, соедините вырезанную комбинированную область конуса с целевым оптическим волокном. Для достижения трех вышеупомянутых этапов будут использоваться различные процессы и методы. В настоящее время в исследованиях сообщается о двух основных методах подготовки объединителей пучков с концевым насосом. Один из них - метод капиллярной стеклянной трубки. Конкретная операция заключается в вставке входное оптическое волокно. Пропустите через трубку из кварцевого стекла соответствующего размера, а затем используйте высокотемпературный источник тепла для нагрева и сужения входного оптического волокна вместе с трубкой из кварцевого стекла. Этот метод включает в себя сложные процессы и громоздкие операции, и большинство голые оптические волокна не связаны и легко ломаются, поэтому это очень небезопасно. Второй метод подготовки объединителя с концевым насосом состоит в том, чтобы зафиксировать каждое входное волокно зажимом, затем скрутить волокно, чтобы оно плотно прилегало к нему, а затем использовать высокотемпературный источник тепла для плавления и сужения пучка входных волокон. Этот метод требует Более сложные зажимы оптического волокна зажимают входное оптическое волокно, и из-за кручения оптического волокна, если управление процессом отсутствует, могут возникнуть потери на микро- и макроизгибах, тем самым снижая эффективность связи накачки.

Рисунок 2. Сравнение поперечных сечений пучков оптических волокон до и после плавления.

Рисунок 3. Фактическое поперечное сечение жгута оптических волокон после сужения (6+1)×1 объединителя лучей.

Рекомендации:

[1] У Цзюань, Исследование технологии объединения насосов с малыми потерями[D], Китайская академия инженерной физики, 2014.

[2] Хедли С., Яблон А.Д., М.Д. Мермельштейн и др. Конические пучки волокон для комбинирования лазерных накачек (приглашенный доклад) [C] // Волоконные лазеры II: технологии, системы и приложения. Международное общество оптики и фотоники, 2005 г