本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，高功率激光輸出能力不斷提升，其也在激光加工、超快光譜學(xué)、醫(yī)學(xué)、高能物理等多種領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其是在高能物理領(lǐng)域，高功率激光已經(jīng)成為了研究超強(qiáng)超短激光與物質(zhì)相互作用的必備手段。激光慣性約束核聚變就是其中一個(gè)典型的應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)可控核聚變過程中，納秒高功率激光系統(tǒng)作為關(guān)鍵的點(diǎn)火脈沖，需要針對目標(biāo)靶丸壓縮過程中的物理過程設(shè)計(jì)具有相應(yīng)特性的激光脈沖。因此需要高功率激光驅(qū)動器具有時(shí)間波形任意控制、光譜可控、空間分布均勻的輸出特性。對于高功率激光驅(qū)動器來說，激光系統(tǒng)包括前端系統(tǒng)、預(yù)放系統(tǒng)、主放系統(tǒng)以及靶場等分系統(tǒng)，其中前端系統(tǒng)為納秒脈沖種子源系統(tǒng)，需要為整個(gè)系統(tǒng)提供滿足各方面要求的種子脈沖。因此納秒脈沖種子源系統(tǒng)需要具有靈活的時(shí)間整形能力以及光譜整形能力。

目前納秒脈沖種子源系統(tǒng)中多采用單縱模激光器結(jié)合波導(dǎo)振幅調(diào)制的方式來產(chǎn)生指定的時(shí)間波形的激光脈沖，但是對于高功率激光的應(yīng)用，為了抑制系統(tǒng)中受激布里淵散射的產(chǎn)生，需要對種子源脈沖進(jìn)行光譜展寬。此外，為了獲得一個(gè)空間上分布均勻的激光輸出，高功率激光驅(qū)動器中采用了空間光譜束勻滑技術(shù)，但是該技術(shù)需要激光脈沖具有正弦相位調(diào)制。因此對于高功率激光系統(tǒng)來說，需要在納秒脈沖種子源部分對激光脈沖進(jìn)行光譜展寬，從而滿足抑制受激布里淵散射以及光譜束勻滑的需求。然而，伴隨著種子源光譜展寬的過程，系統(tǒng)中的非均勻透射光譜以及色散會引起幅頻調(diào)制的產(chǎn)生。幅頻調(diào)制是脈沖頻率分布向時(shí)間分布轉(zhuǎn)化的效應(yīng)，在高功率激光系統(tǒng)中，未進(jìn)行幅頻調(diào)制抑制的激光脈沖在時(shí)間波形上會產(chǎn)生高峰值功率的瞬時(shí)變化，導(dǎo)致輸出激光脈沖時(shí)間特性的改變，同時(shí)極易損傷后續(xù)元器件。目前對幅頻調(diào)制的抑制手段主要包括透射光譜補(bǔ)償與色散補(bǔ)償技術(shù)。透射光譜補(bǔ)償多采用雙折射晶體來對后續(xù)透射光譜預(yù)補(bǔ)償，而色散的補(bǔ)償較為復(fù)雜。在高功率激光系統(tǒng)中，色散包括群速度色散以及偏振模式色散，其中群速度色散可以采用平行光柵對或者棱鏡對的方式，而偏振模式色散可采用主動或被動的偏振控制進(jìn)行補(bǔ)償，但是由于偏振模式色散易受外界環(huán)境影響，因此需要實(shí)時(shí)調(diào)諧。

目前的高功率激光系統(tǒng)中的納秒種子源系統(tǒng)多采用保偏光纖元器件，相對于非保偏元器件，保偏系統(tǒng)可以得到更好的穩(wěn)定性。但是同時(shí)保偏光纖具有較大的偏振模式色散，這導(dǎo)致基于保偏光纖的納秒種子源系統(tǒng)中的幅頻調(diào)制的抑制變的較為困難。不同于保偏光纖，單偏振光纖是只能傳輸慢軸偏振態(tài)的光纖，快軸偏振態(tài)的激光會受到很大的損耗，從而有效降低快慢軸之間激光的相互耦合，提升傳輸偏振消光比。

為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明采用單偏振光纖作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)對于幅頻調(diào)制的抑制效果。基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)可以有效抑制系統(tǒng)中的幅頻調(diào)制，同時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的、時(shí)間波形與光譜靈活可調(diào)的納秒種子激光。該裝置采用全光纖化的結(jié)構(gòu)，具有調(diào)節(jié)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，尤其可克服保偏納秒種子源系統(tǒng)中幅頻調(diào)制的產(chǎn)生，采用單偏振傳輸光纖以及單偏振元器件，提供一種單偏振光纖納秒種子源系統(tǒng)，可以有效抑制系統(tǒng)中幅頻調(diào)制的產(chǎn)生，得到穩(wěn)定的、時(shí)間包絡(luò)光滑的、光譜靈活控制的納秒種子源。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于單偏振光纖的激光種子源系統(tǒng)，包括依次連接的窄線寬連續(xù)光纖激光器、單偏振聲光斬波器、第一單偏振光纖放大器、相位調(diào)制器、第二單偏振光纖放大器、單偏振振幅調(diào)制器和第三單偏振光纖放大器，以及時(shí)鐘頻率源、任意波形發(fā)生器和數(shù)字延時(shí)發(fā)生器；

所述的數(shù)字延時(shí)發(fā)生器的第一觸發(fā)信號信號輸出端與單偏振聲光斬波器的電輸入端連接，該數(shù)字延時(shí)發(fā)生器的第二觸發(fā)信號輸出端與任意波形發(fā)生器的觸發(fā)信號輸入端連接，所述的時(shí)鐘頻率源的第一時(shí)鐘信號輸出端與任意波形發(fā)生器的時(shí)鐘信號輸入端連接，時(shí)鐘頻率源的第二時(shí)鐘信號輸出端與相位調(diào)制器的電輸入端連接，任意波形發(fā)生器的調(diào)制信號輸出端與單偏振振幅調(diào)制器的電輸入端連接。

所述窄線寬連續(xù)光纖激光器、單偏振聲光斬波器、第一單偏光纖放大器、第二單偏振光纖放大器、第三單偏振光纖放大器、相位調(diào)制器以及單偏振振幅調(diào)制器處于同一光路上。所述數(shù)字延時(shí)發(fā)生器、時(shí)鐘頻率源與任意波形發(fā)生器組成了納秒種子源系統(tǒng)中的時(shí)間同步觸發(fā)以及調(diào)制信號產(chǎn)生部分。

上述第一單偏振光纖放大器、第二單偏振光纖放大器、第三單偏振光纖放大器中包括第一單偏振光纖隔離器、單偏振波分復(fù)用器、摻Y(jié)b增益光纖、單偏振光纖濾波器、第二單偏振光纖隔離器以及單偏振光纖分束器。激光脈沖在單偏振光纖放大器中依次通過第一單偏振光纖隔離器、單偏振波分復(fù)用器、摻Y(jié)b增益光纖、單偏振光纖濾波器、第二單偏振光纖隔離器以及單偏振光纖分束器之后被放大。

上述激光器為窄線寬連續(xù)光纖激光器，該激光器具有MHz以下的超窄線寬，為分布反饋光纖激光器。

上述第一單偏振光纖放大器、第二單偏振光纖放大器、第三單偏振光纖放大器、相位調(diào)制器、單偏振振幅調(diào)制器、單偏振聲光斬波器均使用單偏振光纖制作。

上述單偏振振幅調(diào)制器的消光比可以達(dá)到50dB，同時(shí)偏振消光比大于30dB。

上述相位調(diào)制器的調(diào)制信號與時(shí)鐘頻率源為同源信號。

上述時(shí)鐘頻率源作為任意波形發(fā)生器的參考時(shí)鐘，可以實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制信號與任意波形發(fā)生器的鎖相輸出。同時(shí)數(shù)字延時(shí)發(fā)生器產(chǎn)生單偏振聲光斬波器以及任意波形發(fā)生器的觸發(fā)信號，并且觸發(fā)信號相對延時(shí)連續(xù)可調(diào)。

上述窄線寬連續(xù)光纖激光器、單偏振聲光斬波器、第一單偏振光纖放大器、相位調(diào)制器、第二單偏振光纖放大器、單偏振振幅調(diào)制器、第三單偏振光纖放大器之間采用單偏振光纖連接與光纖法蘭連接。

上述第一單偏振光纖放大器、第二單偏振光纖放大器、第三單偏振光纖放大器內(nèi)部采用光纖熔接方式連接。

上述激光脈沖的幅頻調(diào)制與數(shù)字延時(shí)發(fā)生器的觸發(fā)信號處于鎖相狀態(tài)，輸出激光脈沖的幅頻調(diào)制穩(wěn)定，不隨時(shí)間以及環(huán)境變化。

所述單偏振光纖激光種子源系統(tǒng)輸出激光脈沖時(shí)間波形以及光譜寬度由任意波形發(fā)生器以及相位調(diào)制器任意調(diào)節(jié)，激光脈沖的幅頻調(diào)制與數(shù)字延時(shí)發(fā)生器的觸發(fā)信號處于鎖相狀態(tài)，輸出激光脈沖的幅頻調(diào)制穩(wěn)定，不隨時(shí)間以及環(huán)境變化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：

1)采用單偏振光纖作為傳輸光纖，同時(shí)系統(tǒng)中的第一單偏振光纖放大器、第二單偏振光纖放大器、第三單偏振光纖放大器、單偏振聲光斬波器、相位調(diào)制器以及單偏振振幅調(diào)制器均采用單偏振光纖作為耦合輸入輸出。通過單偏振光纖的方式，可以將偏振激光中的對應(yīng)于單偏振光纖慢軸方向的激光低損耗的傳輸，而對應(yīng)快軸方向的激光會受到很大的損耗，從而使得激光脈沖在傳輸過程中由于光纖對軸精度以及光纖本身偏振模式耦合引起的激光偏振消光比下降的問題得到解決，最終使得偏振模式色散引起的幅頻調(diào)制降低到最小。

2)采用高消光比的單偏振振幅調(diào)制器以及任意波形發(fā)生器的方式，可以得到任意的時(shí)間波形的激光脈沖，同時(shí)保證較高的激光脈沖對比度。數(shù)字延時(shí)發(fā)生器作為同步觸發(fā)信號產(chǎn)生裝置，觸發(fā)系統(tǒng)中的單偏振聲光斬波器與任意波形發(fā)生器，而時(shí)鐘頻率源產(chǎn)生相位調(diào)制器需要的正弦調(diào)制電信號與任意波形發(fā)生器的外部參考時(shí)鐘，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字延時(shí)發(fā)生器產(chǎn)生的同步觸發(fā)信號與相位調(diào)制信號以及單偏振振幅調(diào)制器上的調(diào)制電信號的鎖相輸出，有效的提升納秒種子源系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性。最終可以得到幅頻調(diào)制抑制的、時(shí)間波形包絡(luò)光滑、時(shí)間波形與光譜可調(diào)的、高穩(wěn)定的納秒種子激光。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)中的單偏振光纖放大器的結(jié)構(gòu)。

圖3是高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)的輸出時(shí)間波形圖。

圖中：1-窄線寬連續(xù)光纖激光器；2-單偏振聲光斬波器；3-第一單偏振光纖放大器；4-相位調(diào)制器；5-第二單偏振光纖放大器；6-單偏振振幅調(diào)制器；7-第三單偏振光纖放大器；8-時(shí)鐘頻率源；9-任意波形發(fā)生器；10-數(shù)字延時(shí)發(fā)生器；31-第一單偏振光纖隔離器；32-單偏振波分復(fù)用器；33-摻Y(jié)b增益光纖；34-單偏振光纖濾波器；35-第二單偏振光纖隔離器；36-單偏振光纖分束器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由圖可見，單偏振光纖納秒種子源系統(tǒng)包括窄線寬連續(xù)光纖激光器1、單偏振聲光斬波器2、第一單偏振光纖放大器3、相位調(diào)制器4、第二單偏振光纖放大器5、單偏振振幅調(diào)制器6、第三單偏振光纖放大器7、時(shí)鐘頻率源8、任意波形發(fā)生器9以及數(shù)字延時(shí)發(fā)生器10，上述元器件連接關(guān)系如下：

所述的窄線寬連續(xù)光纖激光器1的輸出的連續(xù)激光經(jīng)單偏振光纖與單偏振聲光斬波器2連接，連續(xù)激光被單偏振聲光斬波器2調(diào)制為百納秒寬度(不限于百納秒)的脈沖激光，該脈沖經(jīng)過通過單偏振光纖與第一單偏振光纖放大器3連接。經(jīng)過單偏振光纖放大器3放大之后的脈沖激光由單偏振光纖與相位調(diào)制器4連接，在相位調(diào)制器4中受到正弦信號相位調(diào)制，脈沖激光的光譜得到展寬之后由單偏振光纖與第二單偏振光纖放大器5連接，經(jīng)過第二單偏振光纖放大器5放大之后通過單偏振光纖與單偏振振幅調(diào)制器6連接，單偏振振幅調(diào)制器6的調(diào)制信號來自于任意波形發(fā)生器9，經(jīng)過單偏振振幅調(diào)制器6整形之后的激光脈沖由單偏振光纖與第三單偏振光纖放大器7連接，放大之后的激光脈沖為最終輸出種子信號。數(shù)字延時(shí)發(fā)生器10產(chǎn)生觸發(fā)信號中的一路信號與單偏振聲光斬波器2連接，數(shù)字延時(shí)發(fā)生器10的另外一路觸發(fā)信號與任意波形發(fā)生器9連接，時(shí)鐘頻率源8產(chǎn)生的時(shí)鐘信號作為外部參考時(shí)鐘與任意波形發(fā)生器9連接，此外時(shí)鐘頻率產(chǎn)生的另外一路時(shí)鐘信號作為相位調(diào)制器4的調(diào)制電信號。

參見圖2，圖2為高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)中的第一單偏振光纖放大器3、第二偏振光纖放大器5、第三單偏振光纖放大器7的結(jié)構(gòu)，激光脈沖經(jīng)過第一單偏振光纖隔離器31與單偏振波分復(fù)用器32連接，經(jīng)過單偏振波分復(fù)用器32之后，激光脈沖耦合到摻Y(jié)b增益光纖33中，經(jīng)過放大之后激光脈沖依次通過單偏振光纖濾波器34、第二單偏振光纖隔離器35以及單偏振光纖分束器36輸出，單偏振光纖分束器36為1:9的分束比，其中90％端作為輸出端。

所述的第一單偏振光纖放大器3、第二偏振光纖放大器5、第三單偏振光纖放大器7中單偏振光纖元器件均采用光纖熔接的方式連接。

所述的數(shù)字延時(shí)發(fā)生器10作為高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)中的觸發(fā)單元，觸發(fā)單偏振聲光斬波器2以及任意波形發(fā)生器9，而時(shí)鐘頻率源8為相位調(diào)制器4提供相位調(diào)制電信號，同時(shí)作為任意波形發(fā)生器9的外部參考時(shí)鐘信號，通過這種方式，任意波形發(fā)生器9輸出的到單偏振振幅調(diào)制器6的整形電信號可以與數(shù)字延時(shí)發(fā)生器10輸出的觸發(fā)信號以及相位調(diào)制器4上的調(diào)制電信號之間實(shí)現(xiàn)鎖相輸出。

所述的單偏振振幅調(diào)制器6采用消光比大于50dB的低半波電壓振幅調(diào)制器，經(jīng)過整形之后的激光脈沖的時(shí)間波形可以達(dá)到較高的對比度。

所述的單偏振光纖作為上述窄線寬連續(xù)光纖激光器1、單偏振聲光斬波器2、第一單偏振光纖放大器3、相位調(diào)制器4、第二單偏振光纖放大器5、單偏振振幅調(diào)制器6、第三單偏振光纖放大器7之間的連接光纖。

至此高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)完成了搭建。在實(shí)驗(yàn)室搭建了高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)，輸出激光脈沖經(jīng)過3G+22GHz相位調(diào)制信號的光譜展寬之后，光譜寬度達(dá)到0.3nm，在輸出端測試輸出的納秒脈沖時(shí)間波形如圖3所示。圖3中納秒激光脈沖整形為5納秒方波信號，幅頻調(diào)制的深度小于3％，表明高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)可以很好的抑制系統(tǒng)中幅頻調(diào)制的產(chǎn)生。此外，高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)輸出的激光脈沖的幅頻調(diào)制在長時(shí)間運(yùn)行下變化很小，進(jìn)一步證明了本發(fā)明高抗微擾的基于單偏振傳輸光纖的激光種子源系統(tǒng)在幅頻調(diào)制抑制以及長期穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢?？梢杂行б种朴捎诩す饷}沖光譜展寬產(chǎn)生的幅頻調(diào)制對輸出激光脈沖的影響。其優(yōu)點(diǎn)是全光纖結(jié)構(gòu)、輸出激光脈沖穩(wěn)定、激光脈沖時(shí)間波形與光譜可以任意調(diào)節(jié)。對于解決高能量納秒激光系統(tǒng)中的幅頻調(diào)制以及輸出穩(wěn)定性的問題具有很重要的應(yīng)用前景。