Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования.
Резидент Технопарка ИТМО
+7 (812) 612-99-82
Санкт-Петербург
+7 (964) 442-90-01
Новосибирск
+7 (964) 442-90-01
Владивосток
8 (800) 551-57-49
Звонок бесплатный по РФ
Перезвоните мне
Оставьте заявку
Ru En
0
Каталог
Создание волоконных лазеров и лазерных систем

Когерентное сложение лазерного излучения

Описание
Схема
Компоненты

Увеличение мощности одномодовых оптоволоконных лазеров ограничено рядом физических факторов. К наиболее значимым ограничивающим факторам относятся нелинейные эффекты, такие как вынужденное рассеяние Мандельштама – Бриллюэна (ВРМБ), вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР), самофокусировка и др. Дальнейшее увеличение мощности лазерного излучения возможно при помощи сложения излучения нескольких лазерных источников. Существуют некоторые методы, позволяющие при объединении лазерных пучков получать высокое качество результирующего излучения. Среди них можно отметить когерентное сложение и спектральное сложение излучения.

Когерентное сложение лазерного излучения

Существует несколько алгоритмов когерентного сложения излучения. Остановимся на работах Stuart J. McNaught, который добился в этом направлении значительных результатов как при сложении оптоволоконных лазеров, так и при сочетании оптоволоконных и твердотельных лазеров. 

Обычно для достижения эффективного когерентного сложения одномодового излучения используются волокна с сохранением состояния поляризации (PM), но в этом случае пороги развития нелинейных эффектов ниже. В одной из своих работ Stuart J. McNaught осуществил сложение каналов мощностью примерно 1 кВт, усилители которых выполнены на обычном волокне с большим полем моды, с эффективностью 80%. Выходная мощность составила 2.4 кВт, а параметр М2 – 1.2. В схеме сложения одночастотный задающий генератор формирует излучение на длине волны 1064 нм после чего излучение усиливается в многокаскадном волоконном усилителе, а его спектр уширяется до 18 ГГц для предотвращения развития ВРМБ. Регулируемая линия задержки позволяет минимизировать оптическую разность путей в каналах до 0.5 мм. Электрооптический фазовый модулятор и поляризационный контроллер содержатся в каждом канале.
Выходы усилителей подварены к транспортным волокнам и к кварцевым стержням (End cap) для защиты торца. Кварцевые стержни собраны в массив. Далее с помощью оптических элементов происходит формирование пучка и его деление для диагностики. Фазовая подстройка осуществляется с помощью так называемой техники LOCSET (Locking of Optical Coherence via Singledetector Electronic-frequency Tagging).

Применяя специальные оптические элементы была увеличена эффективность когерентного сложения, но лучевая прочность используемых элементов будет ограничивать максимальную выходную мощность. Полезную роль в рассматриваемой схеме сложения играет регулируемая линия задержки, которая позволяет минимизировать оптическую разность хода в каналах и, тем самым, снижает требования по ширине спектра лазерного излучения.

Рисунок1 описание.png

Задающий лазерный источник
Фазовые модуляторы
Регулируемые линии задержки и контроллеры поляризации (для волокна типа SM)
Первый каскад усиления
Второй каскад усиления
Доставка излучения
+ Еще 3

Задающий лазерный источник

Задающий лазерный диод зачастую имеет встроенную волоконную брегговскую решетку или систему распределенной обратной связи для фильтрации выходного спектра.


Рисунок1-removebg-preview.png Лазерный диод 1020 - 1120 нм, 5 МГц Спектральная ширина 5 МГц Волокно HI1060/PM980
Рисунок1-removebg-preview.png Лазерный диод 1064нм, 3 МГц
Спектральная ширина 3 МГц Волокно PM980
Рисунок1-removebg-preview.png Лазерный диод 1000 – 1130 нм, 0.1 нм Спектральная ширина 0.1 нм Волокно HI1060/PM980


Фазовые модуляторы

Фазовая коррекция каждого луча выполняется на низких частотах порядка кГц с использованием ВЧ-интерфейса со связью по постоянному току. Модулятор должен быть нечувствительным к колебаниям температуры и не вызывать каких-либо нелинейных эффектов. Превосходный коэффициент экстинкции поляризации является преимуществом в такой конфигурации и осуществляется в том числе благодаря поляризационному волноводу.

Модуляторы NIR-MPX-LN-01/02, NIR-MPX-LN-0.1 и согласованный с ними усилитель DR-VE-0.1-MO идеально подходят для приложений когерентного сложения лазерных лучей, также производится с использованием процесса APE. В результате коэффициент экстинкции составляет более 60 дБ на выходе микросхемы оптического волновода. Процесс APE также помогает достичь высокой входной оптической мощности 300 мВт. Этот модулятор также отличается низкими вносимыми потерями и высокой оптической стабильностью.

1.png Фазовый электрооптический модулятор Мощность 300 мВт
Рабочий диапазон длин волн 950 –1150 нм
Частота 150 МГц
Волокно Corning PM 98-U25D
2.png РЧ усилитель для фазового модулятора
До 200 МГц Усиление до 26 дБ
3.png Фазовый электрооптический модулятор Мощность 300 мВт
Рабочий диапазон длин волн 950 –1150 нм
Частота 2 ГГц
Волокно Corning PM 98-U25D



Регулируемые линии задержки и контроллеры поляризации (для волокна типа SM)

Регулируемая оптическая линия задержки обеспечивает прецизионное изменение оптического пути более чем на 15 см (500 пс). Компактная и прочная конструкция делает устройство идеальным для интеграции в измерительные приборы и оптические системы для точного определения длины оптического пути или временной синхронизации.

Высокоскоростной контроллер поляризации с электрическим приводом (EPC) обеспечивает быстрое управление состоянием поляризации в одномодовом волокне. Высокая скорость отклика контроллера легко справляется с изменениями поляризации, вызванными внешней средой, и хорошо подходит для управления поляризацией и скремблирования. Поскольку волокно внутри устройства является непрерывным, все вносимые потери, возвратные потери ограничиваются только самим волокном. Это делает устройство идеальным для точных испытаний и измерений.

1.png Регулируемая линия задержки 1060 или 1550 нм
500 пс
2.png Регулируемая линия задержки
1550 нм 330/600 пс
3.png Контроллер поляризации с электронным управлением 1250 - 1650 нм
Требуется драйвер EPC-1000-DRIVER-04
4.png Контроллер поляризации с ручным управлением
400-2000 нм Коэффициент экстинкции поляризации >35 дБ



Первый каскад усиления

Предусилитель чаще всего состоит из спектрального уплотнителя, объединяющего накачку и сигнал в один канал, активного волокна и маломощного диода накачки. В качестве данных компонентов используются:

1.png Лазерный диод накачки 980 нм Мощность 200-500 мВт Волокно Nufern PM980-XP или Corning PM 98-U25
2.png Активное волокно типа single clad, легированное иттербием, с сохранением поляризации
Числовая апертура сердцевины 0.11-0.13 Поглощение по сердцевине на длине волны 975 нм – 250 дБ/м
3.png Спектральный уплотнитель WDM с сохранением поляризации Длины волн объединения 980/1064 нм Волокно PM980



Второй каскад усиления

Второй каскад усиления может располагаться и после электрооптических модуляторов, для выведения мощности сигнала до уровня десятков и сотен Ватт. Чаще всего используется развязка через изолятор, чтобы не допустить обратных отражений и снизить влияние и скорость развития нелинейных эффектов.

Для усиления сигнала осуществляется переход на волокна типа double clad через объединители накачки. В качестве модулей накачки уже выступают диоды с выводом в многомодовое волокно.

1.png Волоконно-оптический изолятор с сохранением поляризации на длины волн 1030/1064/1070/1080 нм
Мощность до 50 Вт Волокно PLMA-GDF Х/125, Х/250, Х/400 мкм
2.png Объединитель накачки с сохранением поляризации
Тип (2+1)х1 / (6+1)х1 До 30 Вт в порт
3.png Лазерный диод накачки со стабилизацией по длине волны Длина волны 976 +-0.5 нм Волокно 105/125 мкм
Мощность 27 Вт
4.png Активное волокно типа double clad, легированное иттербием, с сохранением поляризации
Числовая апертура сердцевины 0.08
Числовая апертура оболочки 0.48
Поглощение по оболочке на длине волны 975 нм – 7.4 дБ/м
Вам также понадобятся:
Драйверы для лазерных диодов
Объединители накачки и сигнала
Оборудование для обработки оптических волокон

Доставка излучения

В качестве доставки и вывода излучения к оптической системе могут быть использованы эндкапы и коллиматоры.
Подходящие решения
Вам также понадобятся:
Пассивные волоконные компоненты
Оборудование для обработки волокон
Оптические анализаторы спектра
Оптические волокна
Связаться с инженером Бесплатный звонок