[发明专利]提高低重频激光脉冲光纤放大效率的系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光放大技术领域，尤其涉及一种提高低重频激光脉冲光纤放大效率的系统及其方法。

背景技术

在光纤激光放大器中，为了获得单脉冲高能量输出，通常要求光纤激光放大器能够高效地提取脉冲能量。

现有的光纤激光放大技术中，使重频远高于光纤增益介质上能级寿命倒数的高重频脉冲放大时，其能量提取效率可以达到70％以上。而使重频低于或接近于光纤增益介质上能级寿命倒数的低重频脉冲放大时，其能量提取效率通常只能达到30％左右。

这是由于直接将低重频激光脉冲进行光纤放大时，脉冲间隙会产生严重的放大自发辐射，从而使输出脉冲的对比度变差，降低了光纤激光放大器的储能和单脉冲能量的放大能力，因而降低了光纤激光放大器的能量提取效率。随着高能量的低重频激光脉冲应用范围的扩大，如何提高低重频激光脉冲光纤放大的效率成为一个亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种提高低重频激光脉冲光纤放大效率的系统及其方法，其能够有效地抑制低重频脉冲光纤放大时的放大自发辐射噪声，提高输出脉冲的对比度，从而能够有效地提高低重频激光脉冲光纤放大效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种提高低重频激光脉冲光纤放大效率的系统，包括高重频激光脉冲种子源、光纤输入装置、光纤放大装置、光纤分束装置和光纤延时传输装置；

所述高重频激光脉冲种子源产生重复频率远高于光纤放大器增益介质的上能级寿命倒数的光脉冲并输出到所述光纤输入装置；

所述光纤输入装置将高重频激光脉冲输入到所述光纤放大装置中，所述光纤放大装置使高重频激光脉冲高效率放大后输出到所述光纤分束装置；

所述光纤分束装置包括时序控制开关和分束光纤，所述时序控制开关用于按时间顺序将输入的激光脉冲依次循环分配到n路所述分束光纤中，使输入的高重频脉冲在每一根分束光纤中的频率降为原来的1/n；

所述光纤延时传输装置包括安装于每一根分束光纤中的n个所述延时器，用于调节激光脉冲的延时。

其中，所述系统还包括低重频脉冲输出装置，低重频脉冲输出装置包括：准直透镜或者合束装置，所述合束装置包括辐照靶、低重频脉冲输出合束器和振幅调制器。

其中，所述高重频激光脉冲种子源包括固体激光器、半导体激光器或光纤激光器。

其中，高重频激光脉冲种子源包括重频倍增装置，重频倍增装置包括：光纤分束装置、分束支路延迟器和光纤合束器，用于当输出光脉冲的重复频率不满足远高于光纤放大器增益介质的上能级寿命倒数的条件时，提高输出光脉冲的重复频率；其中，分束支路的分束延迟时间为等差数列，延迟时间公差等于高重频的脉冲间隔周期；分束光纤数等于输出的高重复频率与输入的低重复频率比值。

其中，所述光纤输入装置包括高重频激光脉冲种子源的光纤耦合系统、模场适配器以及传输光纤。

其中，所述光纤放大装置包括增益光纤、泵浦激光器和泵浦信号耦合器。

一种利用前述系统提高低重频激光脉冲光纤放大效率的方法，包括以下步骤：

S1，产生高重频激光脉冲序列并通过光纤输入装置输入；

S2，通过光纤放大装置使高重频激光脉冲放大产生单脉冲能量增长的脉冲序列；

S3，利用时序控制开关，将输入的高重频激光脉冲序列按时间顺序依次循环分配到n路分束光纤中，使输入的高重频激光脉冲在每一根分束光纤中的频率降为原来的1/n，产生低重频激光脉冲序列；

S4，利用光纤延时传输装置调节每路分束光纤中激光脉冲序列的延时，使所述低重频激光脉冲序列输出。

其中，所述的步骤S4中，使所述低重频激光脉冲序列输出包括：使低重频激光脉冲序列以直接光纤输出、空间光准直输出或者组合输出方式输出。

其中，所述的组合输出方式包括：多路脉冲同步叠加高能量脉冲耦合输出、多路脉冲轻微异步任意波形组合输出和多路光纤耦合打靶输出的方式。

其中，所述的步骤S1进一步包括：利用高重频激光脉冲种子源产生高重频激光脉冲序列和光纤耦合输入的步骤。

(三)有益效果