[发明专利]光纤和空间混合的再生激光放大器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器，特别是一种光纤和空间混合的再生激光放大器。 

背景技术

在高功率激光研究领域都需要使用到脉冲激光，并且要求对脉冲激光的时间波形、脉冲宽度以及光谱特性进行控制，MOPA结构很好的解决了这一问题，它将主振荡器和功率放大器分开，其中主振荡器实现对激光脉冲时间及光谱特性的控制，功率放大器完成对激光脉冲功率及能量的放大。 

高功率激光放大器常采用多级放大的形式。随着激光脉冲在放大介质中的不断放大，注入种子激光自身引入的波动对放大器的输出能量稳定性下降。再生放大器是一种单介质多程放大器，利用谐振腔的手段使激光脉冲在激光腔内多次放大，利用光开光决定激光脉冲的输入输出。通过这种方式可以使放大介质工作在饱和状态，放大器的输出能量收到放大介质上能级储能限制而稳定性得到提升。 

体材料的放大介质由于受到热效应的限制，放大器在工作时必须要严格制冷并且无法工作在高重频状态下。使用光纤作为增益介质能够很好的解决这个问题，由于光纤的散热面积大，使得光纤的散热良好，能够很好地实现高重频的放大并不需要严格制冷。另外，利用光纤的可弯曲和盘绕性能，可以大大缩短谐振腔的空间光部分，从而实现再生放大器的小型化。不过由于光纤元件损伤阈值的限制，光路中除增益光纤之外的其他元件采用体材料的方式。 

但是，由于光纤放大器的输出能力受到非线性效应的限制。光纤的横截面积小并且作用距离长，使得光纤能很容易产生非线性效应，特别是受激拉曼散射和受激布里渊散射。当光纤内部传输的光功率到达一定阈值的时候就会产生上述两种非线性效应，使激光能量大量的转化为斯托克斯光而损耗。可以通过在腔内加入体相位调制器对激光脉冲的光谱进行一定的展宽，这样可以降低每个频谱分量上的功率密度，提高非线性效应阈值，提高放大器的输出能量。同时，在放大器谐振腔内加入体相位调制器，相当于一种多程相位调制，每一程激光经过增益介质放大之后，都可以对其光谱进行进一步的展宽，可以提升对激光脉冲频谱的调制效果。另外，采用光纤作为增益介质，具有很宽的增益带宽，对激光进行相位调制后放大时不会产 生严重的FM-AM(幅频)调制。 

发明内容

本发明要解决的是提供一种光纤和空间混合的再生激光放大器，该放大器能够实现高重频、高稳定的高能量输出并不需要严格制冷，光束质量优良并且容易实现小型化。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种光纤-空间混合再生激光放大器，其特点在于由脉冲光源、能量注入单元、再生放大器单元、相位控制单元和同步控制单元构成： 

所述的能量注入单元，沿脉冲光源发出的脉冲激光包括依次的偏振控制器、第一单向隔离器、第二单向隔离器、分束器、非球面透镜、第一薄膜偏振片、第一半波片、法拉第旋转器和第一全反射镜构成； 

所述的再生放大器单元包括一个光学谐振腔和泵浦注入部分：由依次的第二薄膜偏振片、体相位调制器、电光开关、第二半波片、第三薄膜偏振片、带通滤波片、第三半波片、第一凸透镜、第一光纤头、增益光纤、第二光纤头、第二凸透镜、长波透射镜和第四半波片至所述的第二薄膜偏振片构成再生放大环形腔，所述的二薄膜偏振片为激光输入端口，所述的第三薄膜偏振片为激光输出端口，所述的泵浦注入部分包括：泵浦激光器发出激光经泵浦保护器、第三凸透镜、第二全反射镜反射至所述的长波透射镜进入再生放大环形腔进行泵浦，微波信号源发出端与所述的体相位调制器的控制端相连； 

所述的相位控制单元和同步控制单元，其中相位控制单元由微波信号源与所述的体相位调制器构成，对激光脉冲进行光谱调制，所述的同步控制单元的输出端分别与所述的光源、体相位调制器和电光开关的控制端相连，同步控制激光脉冲的输入、输出以及相位调制器的开启时间。 

所述的同步控制单元由一台皮秒精度的同步机构成。 

所述的增益光纤为掺杂的保偏光纤或单偏光纤。 

再生放大器单元的增益光纤使用发射谱与种子激光波长匹配的掺杂光纤，泵浦激光器采用波长与增益光纤吸收谱匹配的半导体激光器。为了实现偏振控制激光导入导出，掺杂光纤使用保偏或者单偏光纤。 

再生放大器单元使用电光开关改变激光脉冲偏振，通过同步控制单元控制电光 开关电压的开启和关闭实现激光的导入导出，通过控制电压开启的时间来控制激光脉冲在腔内放大的次数，保证再生放大器单元工作在饱和状态。再生放大器单元通过薄膜偏振片反射输出。 

本发明的优点在于：