[发明专利]一种高能量时分脉冲放大系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光脉冲技术领域，特别涉及一种高能量时分脉冲放大系统及方法。

背景技术

与传统的固体激光器、气体激光器相比，光纤激光器具有光束质量高、体积小、重量轻、散热效果好、功率转换效率高和使用寿命长等优点，是一种新型的优质激光器。

在很多应用中，例如国防军事中的定位、测距、跟踪制导、深空激光通信和模拟打靶等应用中，需要高峰值功率的脉冲光纤输出，所需脉冲的峰值功率达到MW级甚至更高。由于光纤的直径很小，因此当脉冲的峰值功率高到一定程度的时候，会在光纤中发生非线性现象，不仅会减低信号的能量，还会对系统造成损伤。

为了防止系统损伤，在对纳秒级以下的脉冲进行放大时，现在主要采用FCPA技术，其原理是用光栅展宽器将亚皮秒级短脉冲展宽为纳秒级的啁啾脉冲，注入光纤放大器进行能量放大，再将放大后的纳秒级啁啾脉冲注入光栅压缩器进行脉冲压缩，最后输出皮秒或者亚皮秒级短脉冲，从而获得大能量高峰值功率超短脉冲激光。

然而，对于纳秒级以上非啁啾的脉冲放大，不能采取上面的方式进行脉冲展宽和压缩，是本领域的一个技术难题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种高能量时分脉冲放大系统及方法，以解决现有技术无法通过脉冲展宽和压缩方式对纳秒级以上非啁啾的脉冲进行放大的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种高能量时分脉冲放大系统，其包括：分束单元、走离与合波单元、放大单元、旋转单元和反射单元；

所述分束单元，用于将输入脉冲和所述输入脉冲经反射后的逆向脉冲相分离；

所述走离与合波单元，连接所述分束单元，用于将所述输入脉冲偏振走离为多个子输入脉冲，以及将所述子输入脉冲经反射后的子逆向脉冲回偏合波为所述逆向脉冲；

所述放大单元，连接所述走离与合波单元，用于放大所述子输入脉冲和所述子逆向脉冲；

所述旋转单元，连接所述放大单元，用于旋转所述子输入脉冲和所述子逆向脉冲的偏振态；

所述反射单元，连接所述旋转单元，用于反射所述子输入脉冲得到所述子逆向脉冲。

优选地，所述分束单元采用PBS。

优选地，所述走离与合波单元采用多根首尾相接的高双折射光纤。

优选地，所述走离与合波单元中，相邻两根所述高双折射光纤的偏振坐标之间呈预定角度。

优选地，所述预定角度为45°。

优选地，所述高双折射光纤的长度和折射率满足以下公式：

L×|Δn|/c＞t₀；

其中，L表示单根所述高双折射光纤的长度；Δn表示所述高双折射光纤在两个偏振方向上的折射率之差；c表示光速；t₀表示所述输入脉冲的宽度。

优选地，所述放大单元采用大模场面积光纤。

优选地，所述旋转单元采用法拉第旋转器，并且所述法拉第旋转器将所述子输入脉冲和所述子逆向脉冲的偏振态分别旋转45°。

本发明还提供一种高能量时分脉冲放大方法，其包括步骤：

A：分束单元接收输入脉冲，并将所述输入脉冲发送至走离与合波单元；

B：所述走离与合波单元将所述输入脉冲偏振走离为多个子输入脉冲后发送至放大单元；

C：所述放大单元对所述子输入脉冲进行放大处理，并将放大后的所述子输入脉冲发送至旋转单元；

D：所述旋转单元旋转所述子输入脉冲的偏振态，并将旋转后的所述子输入脉冲发送至反射单元；

E：所述反射单元反射所述子输入脉冲得到子逆向脉冲，并将所述子逆向脉冲发送至所述旋转单元；

F：所述旋转单元旋转所述子逆向脉冲的偏振态，并将旋转后的所述子逆向脉冲发送至所述放大单元；

G：所述放大单元放大所述子逆向脉冲，并将放大后的所述子逆向脉冲发送至所述走离与合波单元；

H：所述走离与合波单元将所述子逆向脉冲回偏合波为逆向脉冲后发送至所述分束单元；

I：所述分束单元反射输出所述逆向脉冲。

优选地，所述步骤D中，所述旋转单元将所述子输入脉冲的偏振态旋转45°；所述步骤F中，所述旋转单元将所述子逆向脉冲的偏振态旋转45°。

(三)有益效果