光谱合成技术电光调制器的选择

更高的激光功率-合成技术

高功率光纤激光器的技术之一是可以合成很多通道的激光束。我们知道，现在单一通道光纤激光器可以提供1千瓦甚至10千瓦的功率，通过对多束激光进行相位调整的光学组合，产生了一种新的高功率激光器，可以提供高达几百千瓦的功率。有几种激光合成的技术，其中有两种需要使用相位调制器：光谱组合和相干组合。对于这两种技术中的任意一个，iXblue Photonics都开发了专属的产品（带宽、驱动电压、非线性效应抑制等）。

光谱合成

在光谱组合技术（SBC）中，不同的波长上的单通道激光器输出一个连续的激光功率，通过光学系统进行叠加。该激光系统的结果是强度分布均匀，总光功率与激光束的通道数成正比。因此，光谱合成的方法需要多路激光光源。

这些激光器中的每一路都通过电光相位调制器进行频率调制，后者对于抑制光纤中的非线性布里渊效应（也称为受激布里渊散射SBS）是尤为必要的。事实上，在光纤中传输的过大功率会在玻璃结构中引发声格振动。这种振动会导致布拉格光栅效应限制光的传输：相当一部分光被反射，可能会损坏种子光源及其增益介质。抑制布里渊效应的一个行之有效的方法是展宽激光器的线宽（频率调制）。通过链路中加入电光相位调制器，使这项技术成为可能。因此，在光谱合成系统中，每个通道的窄线宽激光器后面都配备有一个或者多个相位调制器。

一般情况下，窄线宽光源的SBC在牺牲光谱亮度的前提下，对相位稳定性和光谱纯度要求较低。然而，为了便于聚焦至衍射极限，并且在色散元件之后保持每个单独通道的光束质量，仍然需要保持较窄的光谱宽度。在SBC结构中，将Yb双包层光纤的增益谱细分为30、50或100路窄线宽光纤激光源进行组合，每一个通道被缩放到1千瓦至2千瓦，以实现30千瓦、50千瓦或100千瓦甚至更高功率激光系统的总体目标。

对于相位调制，通常的设置如下：

根据实际和工程考虑，这种通用架构也有一些变化。

其中一个主要的考虑因素是双包层高功率光纤放大器，它需要饱和以实现高效率的功率转换。典型的放大器饱和输入功率范围为100~200mW，具体取决于直流光放大器的实际设计。在饱和功率以上，自发辐射放大（ASE）也被抑制。这一要求构成了选择相位调制器的关键标准：对高输入光功率的耐久性。对于3dB插入损耗的相位调制器，放大器饱和时功率要达到150mW，再要求调制器输入保偏光纤端的功率要达到300mW以上。

双包层光纤的选择和直流放大器的配置将决定实现SBS抑制所需的光谱展宽，光谱展宽尽量保持在最小值，以保持后续合成的光束质量，并使Yb放大器增益带宽内可用的通道的数量最大化。

其他考虑因素涉及应用于相位调制器的RF输入信号的类型。常用有白噪声源（WNS）、伪随机位序列（PRBS）和正弦波。

对展宽效应影响的主要调制器指标是：

•低驱动电压（Vpi）和高射频承受功率能力，以产生大量边带

•低插入损耗和高输入光功率，以减轻放大器增益要求，减少ASE噪声源

•对外接温度变化不敏感，因为该类型激光系统通常在室外运行

•高偏振消光比（PER）

iXblue研制了NIR-MPX-LN-02及其配套的高压射频放大器DR-AN-10-HO，NIR-MPX-LN-02满足SBC激光系统的所有要求，这种相位调制器具有超过5GHz的带宽，1.5V的极低半波电压，超过33dBm的射频承受功率和300mw的光承受功率。iXblue相位调制器NIR-MPX为1064 nm近红外波段开发，得益于对“质子退火交换”（APE）波导制造工艺的技术掌握（也用于我们自己的光纤螺仪中的Y波导），因此，APE波导可以承受几百毫瓦的光强。

图3显示了不同光功率水平下的光插入损耗。上面的曲线各种颜色表示不同输出功率插损随时间变化（左标度）：橙色(10 mW)，蓝色(100 mW)，绿色(200 mW)，紫色(300 mW)。下面红色曲线是光输出功率（右标度）。通过插入损耗的恒定表现，我们的工艺和技术非常稳定，能承受光功率高达300mw。

由于激光系统可能需要在户外和具有挑战性的环境中工作，因此对调制器进行了长时间温度循环测试。温度（蓝色曲线）从-40°C到+85°C，并记录输出功率（橙色曲线）。通过我们的特殊调制器工艺，调制器是非常稳定的，我们只观察到在整个温度范围内0,2dB的微小变化。