Laser xung công suất caovới cấu trúc MOPA hoàn toàn bằng sợi
Các kiểu cấu trúc chính của laser sợi quang bao gồm cấu trúc cộng hưởng đơn, cấu trúc kết hợp chùm tia và cấu trúc khuếch đại công suất dao động chủ (MOPA). Trong số đó, cấu trúc MOPA đã trở thành một trong những điểm nóng nghiên cứu hiện nay do khả năng đạt được hiệu suất cao.laser xungĐầu ra có độ rộng xung và tần số lặp lại có thể điều chỉnh (được gọi là độ rộng xung và tần số lặp lại).
Nguyên lý hoạt động của laser MOPA như sau: Bộ dao động chính (MO) là một nguồn phát xung hiệu suất cao.laser bán dẫnMạch tạo ra tín hiệu ánh sáng mồi với các thông số có thể điều chỉnh thông qua điều chế xung trực tiếp. Bộ điều khiển chính của Mảng cổng lập trình trường (FPGA) xuất ra các tín hiệu dòng điện xung với các thông số có thể điều chỉnh, được mạch điều khiển vận hành để vận hành nguồn mồi và hoàn thành quá trình điều chế ban đầu của ánh sáng mồi. Sau khi nhận được các lệnh điều khiển từ bo mạch điều khiển chính FPGA, mạch điều khiển nguồn bơm khởi động nguồn bơm để tạo ra ánh sáng bơm. Sau khi ánh sáng mồi và ánh sáng bơm được ghép nối bởi bộ tách chùm tia, chúng được lần lượt đưa vào sợi quang hai lớp pha tạp Yb3+ (YDDCF) trong mô-đun khuếch đại quang hai tầng. Trong quá trình này, các ion Yb3+ hấp thụ năng lượng của ánh sáng bơm để tạo thành phân bố đảo ngược mật độ. Sau đó, dựa trên nguyên lý khuếch đại sóng truyền và phát xạ kích thích, ánh sáng tín hiệu mồi đạt được độ khuếch đại công suất cao trong mô-đun khuếch đại quang hai tầng, cuối cùng tạo ra tín hiệu đầu ra công suất cao.laser xung nano giâyDo công suất đỉnh tăng lên, tín hiệu xung khuếch đại có thể bị nén độ rộng xung do hiệu ứng kẹp độ khuếch đại. Trong các ứng dụng thực tế, cấu trúc khuếch đại nhiều tầng thường được sử dụng để tăng cường hơn nữa công suất đầu ra và hiệu suất khuếch đại.
Hệ thống mạch laser MOPA bao gồm bo mạch điều khiển chính FPGA, nguồn bơm, nguồn tín hiệu mồi, bo mạch điều khiển, bộ khuếch đại, v.v. Bo mạch điều khiển chính FPGA điều khiển nguồn tín hiệu mồi để tạo ra các xung ánh sáng mồi thô ở mức MW với các thông số có thể điều chỉnh bằng cách tạo ra các tín hiệu điện xung với dạng sóng, độ rộng xung (5 đến 200ns) và tần số lặp lại (30 đến 900kHz) có thể điều chỉnh. Tín hiệu này được đưa vào thông qua bộ cách ly đến mô-đun khuếch đại quang hai tầng bao gồm bộ tiền khuếch đại và bộ khuếch đại chính, và cuối cùng xuất ra laser xung ngắn năng lượng cao thông qua bộ cách ly quang có chức năng chuẩn trực. Nguồn tín hiệu mồi được trang bị bộ tách sóng quang bên trong để theo dõi công suất đầu ra theo thời gian thực và phản hồi lại bo mạch điều khiển chính FPGA. Bo mạch điều khiển chính điều khiển các mạch điều khiển bơm 1 và 2 để thực hiện các thao tác đóng mở nguồn bơm 1, 2 và 3. Khibộ tách sóng quangNếu không phát hiện được tín hiệu ánh sáng đầu ra, bo mạch điều khiển chính sẽ tắt nguồn bơm để ngăn ngừa hư hỏng cho YDDCF và các thiết bị quang học do thiếu nguồn ánh sáng đầu vào.
Hệ thống đường dẫn quang laser MOPA sử dụng cấu trúc hoàn toàn bằng sợi quang và bao gồm một mô-đun dao động chính và một mô-đun khuếch đại hai tầng. Mô-đun dao động chính sử dụng một diode laser bán dẫn (LD) có bước sóng trung tâm 1064nm, độ rộng vạch phổ 3nm và công suất đầu ra liên tục tối đa 400mW làm nguồn tín hiệu ban đầu, và kết hợp nó với một cách tử Bragg sợi quang (FBG) có độ phản xạ 99%@1063,94nm và độ rộng vạch phổ 3,5nm để tạo thành hệ thống chọn bước sóng. Mô-đun khuếch đại hai tầng sử dụng thiết kế bơm ngược, và các sợi quang YDDCF có đường kính lõi lần lượt là 8 và 30μm được cấu hình làm môi trường khuếch đại. Hệ số hấp thụ bơm lớp phủ tương ứng là 1,0 và 2,1dB/m@915nm.
Thời gian đăng bài: 17/09/2025