三大光纤激光相干合成技术团队工物院四路相干合成获突破

2013-09-05 00:12

　　2、向宽谱、多波长合成方向拓展

　　在以往进行的MOPA结构相干合成实验系统中，大都采用单频种子源激光器以保证各路光束之间的时间相干性，但由此引入的非线性效应使得单频光纤放大器的输出功率受限。种子源采用宽谱线激光和多波长输出是抑制非线性效应、提高光纤放大器输出功率的有效手段。如采用宽谱线或多波长激光作为MOPA结构的种子激光源，并能成功实现多路放大器的相干合成，那么有望成量级地提升单链路的最大输出功率，减少系统的复杂度。

　　2010年初，国外研究人员已陆续报道了2GHz光纤激光相干合成和25GHz光纤激光相位控制的实验结果。上述宽谱激光均是通过对单频激光进行高速相位调制从而获得展宽谱线的，高速相位调制器及其高频调制信号源均是昂贵的设备，提高了系统的成本。本课题组提出了另一种宽谱激光相干合成的方案，并进行了实验研究。该方案原理图如图13所示，图中虚框内表示的是一个双端抽运的ASE光源，经一个光纤带通滤波器(BPF，带宽为180GHz)后作为种子光，在A点测得的光谱如图14(a)所示，其10dB谱宽为1.5nm(对应180GHz)，种子光经分束后分别进入两个掺铒光纤放大器，采用随机并行梯度下降算法对激光相位进行控制，获得了良好的相干合成效果，系统闭环情形下远场光斑如图14(b)所示，条纹对比度高达65%。该方案无需高速相位调制器、高频调制信号源等，节约了系统成本。需要说明的是，180GHz谱宽对应的激光相干长度约为1mm，在实验中需要精确控制光纤的长度，并在激光准直输出端精确调节两束激光之间的光程差。

图14 2路宽普光纤激光的相干合成结果。（a）激光光谱图；（b）闭环情形下远场光斑图

　　除了展宽种子激光的线宽外，采用多波长激光作为种子也是抑制非线性效应的有效方式。本课题组自行构建了4路不同波长的光纤激光器，通过一个1×4耦合器构成1束4波长的种子源，经分束后进入4路瓦量级光纤放大器分别进行放大，采用随机并行梯度下降算法对4路激光相位进行控制，实现相干合成，实验系统如图15所示。

　　实验中测得放大后的激光光谱如图16(a)所示，系统闭环情形下远场光斑如图16(b)所示，条纹对比度高达75%，获得了良好的相干合成效果。上述实验均证明了宽谱、多波长激光相干合成的可行性。

图16 4路4波长光纤放大器相干合成实验结果。（a）激光光谱图；（b）闭环情形下远场光斑图