[发明专利]一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统

权利要求书

1.一种实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：包括单频光纤激光器种子源、相位调制器、射频信号产生器、掺镱光纤激光预放大系统、高功率耦合器、掺镱主放大器、光纤端帽、准直器、高反镜I、高反镜II、功率计、光电探测器、分束器、光谱测量仪、光束质量测量仪、信号采集处理器；所述准直器由一个或多个透镜组合实现；

单频光纤激光器种子源的输出端尾纤连接到相位调制器，射频信号产生器驱动相位调制器，将单频光纤激光器种子源的线宽展宽；

经过相位调制器后的激光首先注入到掺镱光纤激光预放大系统进行功率预放大；经掺镱光纤激光预放大系统预放大后的光束从高功率耦合器的输入臂输入后其中一部分光束从高功率耦合器的输出臂导出，其余部分光束从高功率耦合器的回光监测臂导出，从高功率耦合器的输出臂导出的光束注入到掺镱主放大器进行最终的高功率放大；从高功率耦合器的回光监测臂输出的光束注入到信号采集处理器，信号采集处理器与射频信号产生器连接；信号采集处理器将输入的光信号转换为电信号，并根据电信号的变化产生最优控制信号给射频信号产生器，由射频信号产生器产生最优的相位调制信号用于驱动相位调制器，实现系统闭环；

经过掺镱主放大器功率放大后的激光经光纤端帽输出到准直器，经准直器扩束准直输出到自由空间；准直输出的激光依次被高反镜I和高反镜II反射后注入到功率计；经高反镜I透射的光束被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号；经高反镜II透射的激光经分束器后被分为两束，其中经分束器反射出的光束注入光谱测量仪，实现对输出激光光谱分布和线宽的测试，经分束器透射出的光束入射到光束质量测量仪，用于观察和监测在整个系统功率提升过程中输出激光的光束质量变化。

2.根据权利要求1所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：根据光电探测器输出的电信号用来观察当光纤放大器中产生TMI或SBS效应时输出激光的时域和频域变化，依此判断TMI与SBS的阈值。

3.根据权利要求1所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：射频信号产生器由射频源、增益可调电学放大器、带宽可调电学带通滤波器构成,射频源用以产生射频信号，射频源产生的射频信号经增益可调电学放大器实现放大，增益可调电学放大器输出的放大射频信号再经带宽可调电学带通滤波器以滤除放大射频信号的边带成分。

4.根据权利要求3所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：信号采集处理器由光电转换器和加载有优化算法的控制器构成；从高功率耦合器的回光监测臂输出的光束注入到光电转换器中，光电转换器将光信号转换为电信号，并伺服给优化算法控制器；当非线性受激布里渊散射效应发生时，从高功率耦合器的回光监测臂输出的激光功率将呈现出指数增长趋势且时域表现为巨脉冲状态，光电转换器输出的电压信号会出现明显的非线性增长趋势和不稳定，光电转换器输出信号的异常变化可以作为优化算法控制器的评价函数；

加载有优化算法的控制器基于光电转换器输出的电信号执行优化算法输出优化后的控制信号，控制信号包括时域波形控制信号、增益电压控制信号和带宽调节电压控制信号，将各控制信号分别施加到射频信号产生器中的射频源、增益可调电学放大器、带宽可调电学带通滤波器；由射频信号产生器根据上述优化后的控制信号产生相应的相位调制信号用于驱动相位调制器，实现系统闭环。

5.根据权利要求4所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：加载有优化算法的控制器其加载的优选算法是遗传算法、随机并行梯度下降算法或爬山法。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的实现高亮度窄线宽掺镱光纤激光放大的系统，其特征在于：掺镱主放大器包括1018nm泵浦源、信号-泵浦合束器、掺杂光纤和包层光滤除器；1018nm泵浦源输出的泵浦光与从高功率耦合器的输出臂导出的光束通过信号-泵浦合束器进行合束后经掺杂光纤传输，掺杂光纤连接有包层光滤除器，包层光滤除器将残余的泵浦光和包层光滤除到自由空间，其中信号-泵浦合束器由信号输入臂、泵浦臂、信号输出臂构成，从高功率耦合器的输出臂导出的光束由信号输入臂输入，1018nm泵浦源输出的泵浦光由泵浦壁输入，经信号-泵浦合束器合束后从信号输出臂输出。