[发明专利]多路不同频点激光同步相位调制光谱展宽装置及方法

说明书

提供了多路不同频点激光同步相位调制光谱展宽装置，包括多个不同频率的单频激光器(1)、合波器(2)、相位调制器(4)、信号源(3)、分波器(5)：利用合波器(2)将多路不同频率的单频激光器(1)发出的激光合为一束，合束后的光束后从相位调制器(4)的光学输入端口输入，同时信号源(3)将调制信号施加到相位调制器(3)的电学输入端口中，合束光束受到相同的相位调制后、不同频点的单频激光的线宽被以相同的方式展宽，各个不同中心频率激光的光谱形态相同，被调制后的光从相位调制器(4)的光学输出端口输出；展宽后的各个频点的窄线宽激光通过分波器(5)后，独立频点对应的窄线宽激光被严格分离出来。

技术领域

本发明总体地涉及一种激光光谱展宽技术，尤其涉及多路不同频点激光同步相位调制光谱展宽装置及方法。

背景技术

在高功率光纤激光领域，由于受到非线性效应等物理极限的限制，单路激光输出功率有限，通常采用光谱合成、双色镜光束合成、相干合成等方法来获得更高功率和亮度的激光。无论是光谱合成、双色镜光束合成还是相干合成中，都要求参与合成光束的线宽控制在一定范围内，一般在0.5nm以下，即要求参与合成的光纤放大器为窄线宽放大器。目前，实现窄线宽光纤放大器的前提是种子激光的线宽必须为窄线宽。为了获得窄线宽的种子激光，通常采用单频激光进行相位调制的方法将单频激光展宽为窄线宽激光。

目前，对单频激光进行相位调制来展宽激光光谱的方法，已经得到了广泛验证和使用。根据被调制的对象，当前采用的相位调制展宽光谱的方法包括两种方式。

一是对各个单频种子激光进行独立调制后再进行放大，对于每一个单频种子激光至少需要一套独立的由信号源和相位调制器构成的相位调制模块：将单路单频种子激光注入相位调制器中，利用电学信号源对相位调制器施加调制信号，通过相位调制器调制单频激光展宽激光的线宽；为了实现较宽的线宽展宽或获得可控形态的光谱形态，可以采用多个相位调制器进行级联相位调制，然后将光谱展宽后的激光注入放大器中进行放大。

二是采用一套独立的相位调制系统对多路不同频点种子进行调制后同时放大：首先利用耦合器将多路不同频点的单频激光耦合到一起注入相位调制器中；然后利用电学信号源对相位调制器施加调制信号，通过相位调制器同时调制多个频点的单频激光来展宽各个频点激光的线宽；最后将展宽后的多个不同频率的窄线宽激光注入一路放大器进行放大。这里，耦合器主要是对一定光谱内的激光进行合束和分束，主要是功率合束和分束，不考虑各个波长的合束，尤其是波长间隔较远时，即分束后的各个端口输出光谱中都存在多个不同频率的光。

在面向光谱合成、双色镜光束合成的应用中，都必须使用路数较为庞大的激光束，要求各路光束中只有一个频点对应的窄线宽激光。因此，上述第一种采用独立的相位调制模块对单路单频激光进行相位调制的方式，如果需要N路激光参与合成，那么至少需要N路相位调制器和N路信号源，会导致系统中设备繁多、成本高昂、体积庞大；上述第二种利用耦合器耦合多频点激光相位调制的方式，一方面无法将多个独立频率的激光分离出来、以满足光谱合成等应用中不同路激光频率不同的要求，另一方面由于耦合损耗光谱范围较窄，限制了参与合束光束的光谱范围。

发明内容

本发明针对光谱合成、双色镜光束合成等高功率光纤激光的实现方案，提供了一种多路不同频点激光同步相位调制光谱展宽装置及方法，可以同时实现多路不同频点激光的相位调制、光谱展宽及频率分离。

本发明的总体设计思路为：多路不同频点激光同步相位调制光谱展宽装置主要包括多路不同频点的单频激光器、合波器、信号源、相位调制器、分波器；首先利用合波器将多个不同频点的单频激光合为一束；然后将合束后的光束注入相位调制器中，利用信号源在相位调制器上施加调制信号、展宽各个单频激光器的线宽；最后利用分波器，将线宽展宽后的多个不同中心频率的窄线宽激光分离出来，不同中心频率的窄线宽激光从不同端口输出，可用于不同的光纤放大器中。