光譜合成技術(shù)電光調(diào)制器的選擇

更高的激光功率-合成技術(shù)

高功率光纖激光器的技術(shù)之一是可以合成很多通道的激光束。我們知道，現(xiàn)在單一通道光纖激光器可以提供1千瓦甚至10千瓦的功率，通過對多束激光進(jìn)行相位調(diào)整的光學(xué)組合，產(chǎn)生了一種新的高功率激光器，可以提供高達(dá)幾百千瓦的功率。有幾種激光合成的技術(shù)，其中有兩種需要使用相位調(diào)制器：光譜組合和相干組合。對于這兩種技術(shù)中的任意一個，iXblue Photonics都開發(fā)了專屬的產(chǎn)品（帶寬、驅(qū)動電壓、非線性效應(yīng)抑制等）。

光譜合成

在光譜組合技術(shù)（SBC）中，不同的波長上的單通道激光器輸出一個連續(xù)的激光功率，通過光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行疊加。該激光系統(tǒng)的結(jié)果是強(qiáng)度分布均勻，總光功率與激光束的通道數(shù)成正比。因此，光譜合成的方法需要多路激光光源。

這些激光器中的每一路都通過電光相位調(diào)制器進(jìn)行頻率調(diào)制，后者對于抑制光纖中的非線性布里淵效應(yīng)（也稱為受激布里淵散射SBS）是尤為必要的。事實(shí)上，在光纖中傳輸?shù)倪^大功率會在玻璃結(jié)構(gòu)中引發(fā)聲格振動。這種振動會導(dǎo)致布拉格光柵效應(yīng)限制光的傳輸：相當(dāng)一部分光被反射，可能會損壞種子光源及其增益介質(zhì)。抑制布里淵效應(yīng)的一個行之有效的方法是展寬激光器的線寬（頻率調(diào)制）。通過鏈路中加入電光相位調(diào)制器，使這項(xiàng)技術(shù)成為可能。因此，在光譜合成系統(tǒng)中，每個通道的窄線寬激光器后面都配備有一個或者多個相位調(diào)制器。

一般情況下，窄線寬光源的SBC在犧牲光譜亮度的前提下，對相位穩(wěn)定性和光譜純度要求較低。然而，為了便于聚焦至衍射極限，并且在色散元件之后保持每個單獨(dú)通道的光束質(zhì)量，仍然需要保持較窄的光譜寬度。在SBC結(jié)構(gòu)中，將Yb雙包層光纖的增益譜細(xì)分為30、50或100路窄線寬光纖激光源進(jìn)行組合，每一個通道被縮放到1千瓦至2千瓦，以實(shí)現(xiàn)30千瓦、50千瓦或100千瓦甚至更高功率激光系統(tǒng)的總體目標(biāo)。

對于相位調(diào)制，通常的設(shè)置如下：

根據(jù)實(shí)際和工程考慮，這種通用架構(gòu)也有一些變化。

其中一個主要的考慮因素是雙包層高功率光纖放大器，它需要飽和以實(shí)現(xiàn)高效率的功率轉(zhuǎn)換。典型的放大器飽和輸入功率范圍為100~200mW，具體取決于直流光放大器的實(shí)際設(shè)計(jì)。在飽和功率以上，自發(fā)輻射放大（ASE）也被抑制。這一要求構(gòu)成了選擇相位調(diào)制器的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)：對高輸入光功率的耐久性。對于3dB插入損耗的相位調(diào)制器，放大器飽和時功率要達(dá)到150mW，再要求調(diào)制器輸入保偏光纖端的功率要達(dá)到300mW以上。

雙包層光纖的選擇和直流放大器的配置將決定實(shí)現(xiàn)SBS抑制所需的光譜展寬，光譜展寬盡量保持在最小值，以保持后續(xù)合成的光束質(zhì)量，并使Yb放大器增益帶寬內(nèi)可用的通道的數(shù)量最大化。

其他考慮因素涉及應(yīng)用于相位調(diào)制器的RF輸入信號的類型。常用有白噪聲源（WNS）、偽隨機(jī)位序列（PRBS）和正弦波。

對展寬效應(yīng)影響的主要調(diào)制器指標(biāo)是：

?低驅(qū)動電壓（Vpi）和高射頻承受功率能力，以產(chǎn)生大量邊帶

?低插入損耗和高輸入光功率，以減輕放大器增益要求，減少ASE噪聲源

?對外接溫度變化不敏感，因?yàn)樵擃愋图す庀到y(tǒng)通常在室外運(yùn)行

?高偏振消光比（PER）

iXblue研制了NIR-MPX-LN-02及其配套的高壓射頻放大器DR-AN-10-HO，NIR-MPX-LN-02滿足SBC激光系統(tǒng)的所有要求，這種相位調(diào)制器具有超過5GHz的帶寬，1.5V的極低半波電壓，超過33dBm的射頻承受功率和300mw的光承受功率。iXblue相位調(diào)制器NIR-MPX為1064 nm近紅外波段開發(fā)，得益于對“質(zhì)子退火交換”（APE）波導(dǎo)制造工藝的技術(shù)掌握（也用于我們自己的光纖螺儀中的Y波導(dǎo)），因此，APE波導(dǎo)可以承受幾百毫瓦的光強(qiáng)。

圖3顯示了不同光功率水平下的光插入損耗。上面的曲線各種顏色表示不同輸出功率插損隨時間變化（左標(biāo)度）：橙色(10 mW)，藍(lán)色(100 mW)，綠色(200 mW)，紫色(300 mW)。下面紅色曲線是光輸出功率（右標(biāo)度）。通過插入損耗的恒定表現(xiàn)，我們的工藝和技術(shù)非常穩(wěn)定，能承受光功率高達(dá)300mw。

由于激光系統(tǒng)可能需要在戶外和具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中工作，因此對調(diào)制器進(jìn)行了長時間溫度循環(huán)測試。溫度（藍(lán)色曲線）從-40°C到+85°C，并記錄輸出功率（橙色曲線）。通過我們的特殊調(diào)制器工藝，調(diào)制器是非常穩(wěn)定的，我們只觀察到在整個溫度范圍內(nèi)0,2dB的微小變化。