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MOPA结构的脉冲激光器原理

激光打标机3年前15870

光纤激光器的谐振腔本身就是一段光纤,所以它不能像传统激光器那样在谐振腔内插入Q开关来实现脉冲输出,因为把光纤谐振腔(就是光纤)拦腰截断插入Q晶体,一会增大插入损耗,二会影响整个激光器的紧凑性而无法实现光纤一体化。所以如何实现光纤激光器的脉冲输出又是一个全新的研究课题。目前比较成熟的技术是采用MOPA(主振动功率放大)技术来实现。 MO(Oscillator)就是主振动器,它其实就是一个功率(10-20mw)很小的激光器,一般可选用波长合适(如1064nm)的LD。小功率LD很容易通过驱动电流来直接调制输出参数,如重复频率、脉宽、脉冲波形以及功率大小,通过尾纤把光脉冲信号串联进PA(PowerAmplifier)---光纤功率放大器进行光脉冲放大。光纤放大器一般只用于光纤通讯,它的原理与光纤激光器十分相似,只不过撤掉了光纤两端的光纤光栅而无法形成激光振动,只起信号放大作用。光纤放大器能严格按照MO耦合近来的种子源光进行原形放大,却不改变激光波长、重复频率、脉宽和脉冲波形。所以脉冲激光器采用MOPA方式,既可得到优良的激光特性,又能大大提高输出激光的亮度。这是传统方式所无法达到的综合效果。 从MO出来的光脉冲通过PA放大器时,脉冲的各部位获得的增益会不同:脉冲前沿的增益按指数规律增加,脉冲后部的增益逐渐减少,脉冲后沿增益最小,尤其是如果脉冲信号光很强,或脉宽较宽时,脉冲后沿根本就得不到放大。所以在PA中一般要加上增益平坦器,使得脉冲各部位得到均匀放大(如果入射信号的能量很小或者脉冲很短,整个脉冲可得到均匀放大,而且脉冲形状保持不变)。 激光脉冲通过放大器之后,其波形的变化与入射信号脉冲的前沿上升速度有着直接的关系。如果信号光是高斯型脉冲,因脉冲前沿上升比指数还快,所以经过放大后,脉宽可以得到压缩;如果是指数型脉冲,形状和脉宽几乎都不变化;如果输入脉冲前沿上升时间比指数函数更缓慢,则放大后其脉宽会变宽。一般为了获得高功率、窄脉宽的激光脉冲,可以在信号进入放大器之前,采用削波技术切去脉冲的缓慢上升部分,使其脉冲前沿变陡,即能达到压缩脉宽的目的

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