Laser pulsato ad alta potenzacon struttura interamente in fibra MOPA
Le principali tipologie strutturali di laser a fibra includono risonatori singoli, fasci combinati e strutture ad amplificatore di potenza oscillante master (MOPA). Tra queste, la struttura MOPA è diventata uno degli attuali punti caldi della ricerca grazie alla sua capacità di raggiungere elevate prestazioni.laser pulsatouscita con larghezza di impulso e frequenza di ripetizione regolabili (definite come larghezza di impulso e frequenza di ripetizione).
Il principio di funzionamento del laser MOPA è il seguente: l'oscillatore principale (MO) è una sorgente seed ad alte prestazionilaser a semiconduttoreche genera un segnale luminoso di avvio con parametri regolabili tramite modulazione diretta degli impulsi. Il controllo principale del Field Programmable Gate Array (FPGA) emette segnali di corrente a impulsi con parametri regolabili, che sono controllati dal circuito di pilotaggio per azionare la sorgente di avvio e completare la modulazione iniziale della luce di avvio. Dopo aver ricevuto le istruzioni di controllo dalla scheda di controllo principale dell'FPGA, il circuito di pilotaggio della sorgente di pompaggio avvia la sorgente di pompaggio per generare la luce di pompaggio. Dopo che la luce di avvio e la luce di pompaggio sono state accoppiate dal divisore di fascio, vengono rispettivamente iniettate nella fibra ottica a doppio rivestimento drogata con Yb3+ (YDDCF) nel modulo di amplificazione ottica a due stadi. Durante questo processo, gli ioni Yb3+ assorbono l'energia della luce di pompaggio per formare una distribuzione di inversione di popolazione. Successivamente, basandosi sui principi dell'amplificazione a onda progressiva e dell'emissione stimolata, la luce di avvio raggiunge un elevato guadagno di potenza nel modulo di amplificazione ottica a due stadi, producendo infine un segnale luminoso ad alta potenza.laser pulsato a nanosecondiA causa dell'aumento della potenza di picco, il segnale impulsivo amplificato può subire una compressione della larghezza d'impulso dovuta all'effetto di bloccaggio del guadagno. Nelle applicazioni pratiche, vengono spesso adottate strutture di amplificazione multistadio per aumentare ulteriormente la potenza di uscita e aumentare l'efficienza.
Il sistema di circuiti laser MOPA è composto da una scheda di controllo principale FPGA, una sorgente di pompaggio, una sorgente seed, una scheda di circuito driver, un amplificatore, ecc. La scheda di controllo principale FPGA pilota la sorgente seed per emettere impulsi di luce seed grezzi a livello di MW con parametri regolabili, generando segnali elettrici a impulsi con forme d'onda, larghezze di impulso (da 5 a 200 ns) e frequenze di ripetizione (da 30 a 900 kHz) regolabili. Questo segnale viene immesso attraverso l'isolatore nel modulo di amplificazione ottica a due stadi composto dal preamplificatore e dall'amplificatore principale, e infine emette un laser a impulsi brevi ad alta energia attraverso l'isolatore ottico con funzione di collimazione. La sorgente seed è dotata di un fotorilevatore interno per monitorare la potenza di uscita in tempo reale e inviarla alla scheda di controllo principale FPGA. La scheda di controllo principale controlla i circuiti di azionamento della pompa 1 e 2 per realizzare le operazioni di apertura e chiusura delle sorgenti di pompaggio 1, 2 e 3. Quandofotodiodonon riesce a rilevare l'uscita della luce di segnalazione, la scheda di controllo principale spegnerà la sorgente della pompa per evitare danni allo YDDCF e ai dispositivi ottici dovuti alla mancanza di ingresso della luce di semina
Il sistema di percorso ottico laser MOPA adotta una struttura interamente in fibra ottica ed è costituito da un modulo di oscillazione principale e da un modulo di amplificazione a due stadi. Il modulo di oscillazione principale utilizza un diodo laser a semiconduttore (LD) con una lunghezza d'onda centrale di 1064 nm, una larghezza di linea di 3 nm e una potenza di uscita continua massima di 400 mW come sorgente di partenza, e lo combina con un reticolo di Bragg in fibra ottica (FBG) con una riflettività del 99% a 1063,94 nm e una larghezza di linea di 3,5 nm per formare un sistema di selezione della lunghezza d'onda. Il modulo di amplificazione a due stadi adotta un design a pompa inversa e YDDCF con diametri del nucleo di 8 e 30 μm sono rispettivamente configurati come mezzo di guadagno. I coefficienti di assorbimento della pompa di rivestimento corrispondenti sono rispettivamente 1,0 e 2,1 dB/m a 915 nm.
Data di pubblicazione: 17-09-2025