脈沖光纖激光器的原理、結構
光纖激光器的諧振腔本身就是一段光纖,所以它不能像傳統(tǒng)激光器那樣在諧振腔內(nèi)插入Q開關來實現(xiàn)脈沖輸出,因為把光纖諧振腔(就是光纖)攔腰截斷插入Q晶體,一會增大插入損耗,二會影響整個激光器的緊湊性而無法實現(xiàn)光纖一體化。所以如何實現(xiàn)光纖激光器的脈沖輸出又是一個全新的研究課題。目前比較成熟的技術是采用MOPA(主振動功率放大)技術來實現(xiàn)。
MO(Master Oscillator)就是主振動器,它其實就是一個功率(10-20mw)很小的激光器,一般可選用波長合適(如1064nm)的LD。小功率LD很容易通過驅(qū)動電流來直接調(diào)制輸出參數(shù),如重復頻率、脈寬、脈沖波形以及功率大小,通過尾纖把光脈沖信號串聯(lián)進PA(Power Amplifier)---光纖功率放大器進行光脈沖放大。光纖放大器一般只用于光纖通訊,它的原理與光纖激光器十分相似,只不過撤掉了光纖兩端的光纖光柵而無法形成激光振動,只起信號放大作用。光纖放大器能嚴格按照MO耦合近來的種子源光進行原形放大,卻不改變激光波長、重復頻率、脈寬和脈沖波形。所以脈沖激光器采用MOPA方式,既可得到優(yōu)良的激光特性,又能大大提高輸出激光的亮度。這是傳統(tǒng)方式所無法達到的綜合效果。
從MO出來的光脈沖通過PA放大器時,脈沖的各部位獲得的增益會不同:脈沖前沿的增益按指數(shù)規(guī)律增加,脈沖后部的增益逐漸減少,脈沖后沿增益最小,尤其是如果脈沖信號光很強,或脈寬較寬時,脈沖后沿根本就得不到放大。所以在PA中一般要加上增益平坦器,使得脈沖各部位得到均勻放大(如果入射信號的能量很小或者脈沖很短,整個脈沖可得到均勻放大,而且脈沖形狀保持不變)。
激光脈沖通過放大器之后,其波形的變化與入射信號脈沖的前沿上升速度有著直接的關系。如果信號光是高斯型脈沖,因脈沖前沿上升比指數(shù)還快,所以經(jīng)過放大后,脈寬可以得到壓縮;如果是指數(shù)型脈沖,形狀和脈寬幾乎都不變化;如果輸入脈沖前沿上升時間比指數(shù)函數(shù)更緩慢,則放大后其脈寬會變寬。一般為了獲得高功率、窄脈寬的激光脈沖,可以在信號進入放大器之前,采用削波技術切去脈沖的緩慢上升部分,使其脈沖前沿變陡,即能達到壓縮脈寬的目的。