光譜合成技術電光調制器的選擇

更高的激光功率-合成技術

高功率光纖激光器的技術之一是可以合成很多通道的激光束。我們知道，現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，通過對多束激光進行相位調整的光學組合，產生了一種新的高功率激光器，可以提供高達幾百千瓦的功率。有幾種激光合成的技術，其中有兩種需要使用相位調制器：光譜組合和相干組合。對于這兩種技術中的任意一個，iXblue Photonics都開發了專屬的產品（帶寬、驅動電壓、非線性效應抑制等）。

光譜合成

在光譜組合技術（SBC）中，不同的波長上的單通道激光器輸出一個連續的激光功率，通過光學系統進行疊加。該激光系統的結果是強度分布均勻，總光功率與激光束的通道數成正比。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制器進行頻率調制，后者對于抑制光纖中的非線性布里淵效應（也稱為受激布里淵散射SBS）是尤為必要的。事實上，在光纖中傳輸的過大功率會在玻璃結構中引發聲格振動。這種振動會導致布拉格光柵效應限制光的傳輸：相當一部分光被反射，可能會損壞種子光源及其增益介質。抑制布里淵效應的一個行之有效的方法是展寬激光器的線寬（頻率調制）。通過鏈路中加入電光相位調制器，使這項技術成為可能。因此，在光譜合成系統中，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通道的光束質量，仍然需要保持較窄的光譜寬度。在SBC結構中，將Yb雙包層光纖的增益譜細分為30、50或100路窄線寬光纖激光源進行組合，每一個通道被縮放到1千瓦至2千瓦，以實現30千瓦、50千瓦或100千瓦甚至更高功率激光系統的總體目標。

對于相位調制，通常的設置如下：

根據實際和工程考慮，這種通用架構也有一些變化。

其中一個主要的考慮因素是雙包層高功率光纖放大器，它需要飽和以實現高效率的功率轉換。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際設計。在飽和功率以上，自發輻射放大（ASE）也被抑制。這一要求構成了選擇相位調制器的關鍵標準：對高輸入光功率的耐久性。對于3dB插入損耗的相位調制器，放大器飽和時功率要達到150mW，再要求調制器輸入保偏光纖端的功率要達到300mW以上。

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

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

對展寬效應影響的主要調制器指標是：

?低驅動電壓（Vpi）和高射頻承受功率能力，以產生大量邊帶

?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，因為該類型激光系統通常在室外運行

?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激光系統的所有要求，這種相位調制器具有超過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相位調制器NIR-MPX為1064 nm近紅外波段開發，得益于對“質子退火交換”（APE）波導制造工藝的技術掌握（也用于我們自己的光纖螺儀中的Y波導），因此，APE波導可以承受幾百毫瓦的光強。

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（左標度）：橙色(10 mW)，藍色(100 mW)，綠色(200 mW)，紫色(300 mW)。下面紅色曲線是光輸出功率（右標度）。通過插入損耗的恒定表現，我們的工藝和技術非常穩定，能承受光功率高達300mw。

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