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基于iXblue-NIR-MPX-LN系列相位调制器的光谱合成(SBC)技术

作者:苏州波弗光电科技有限公司 来源:iXbluePhotonics(苏州波弗光电科技有限公司)


光谱合成

Spectral Beam Combination of lasers(SBC)

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(SBC):Spectral Beam Combination of lasers

 

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:

Ø 低驱动电压(Vpi)和高射频承受功率能力,以产生大量边带

Ø 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

Ø 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

Ø 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。

 

 苏州波弗光电科技有限公司是法国iXblue公司中国区的授权代理商,负责ixblue电光调制器产品、光纤、参考发射机(ModBox)等产品国内的售前、销售、售后服务工作,同时波弗光电拥有大部分iXblue电光调制器、射频放大驱动器、偏压控制器现货产品,有需要的用户请联系苏州波弗光电科技有限公司。

 

光谱合成专用产品:

NIR-MPX-LN-02

1000nm波段,2GHz相位调制器(低半波电压,高最大RF输入功率)

DR-AN-10-HO

10GHz带宽高压输出驱动(up to 15.9Vpp)

 

光谱合成其他相关产品:

DFB-1064-PM-50

1064nm DFB激光二极管,输出功率>50mW

DFB-1064-PM-25-OI

1064nm DFB激光二极管,输出功率>25mW,集成光隔离

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典型关键字:

相关合成(CBC)-Coherent combination of laser beams

光谱合成(SBC)-Spectral Beam Combination of lasers

激光合束(LBC)-Laser Beam Combining

 

更多相干合成(CBC)、光谱合成(SBC)等电光调制器系统产品应用及需求,请联系苏州波弗光电科技有限公司相关销售人员,咨询电话:0512-62828421,咨询邮箱:sales@bonphot.com !

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