laser pulsato ad alta potenzacon struttura MOPA interamente in fibra
Le principali tipologie strutturali dei laser a fibra includono le strutture a risonatore singolo, a combinazione di fasci e ad amplificatore di potenza oscillante principale (MOPA). Tra queste, la struttura MOPA è diventata uno dei principali argomenti di ricerca attuali grazie alla sua capacità di raggiungere prestazioni elevate.laser pulsatoUscita con larghezza dell'impulso e frequenza di ripetizione regolabili (indicata come larghezza dell'impulso e frequenza di ripetizione).
Il principio di funzionamento del laser MOPA è il seguente: l'oscillatore principale (MO) è una sorgente di seed ad alte prestazionilaser a semiconduttoreche genera luce di segnale seed con parametri regolabili tramite modulazione diretta degli impulsi. Il controllo principale del Field Programmable Gate Array (FPGA) emette segnali di corrente pulsata con parametri regolabili, che vengono controllati dal circuito di pilotaggio per azionare la sorgente seed e completare la modulazione iniziale della luce seed. 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 seed e la luce di pompaggio sono state accoppiate dal divisore di fascio, vengono iniettate rispettivamente 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, in base ai principi dell'amplificazione a onda viaggiante e dell'emissione stimolata, la luce di segnale seed raggiunge un elevato guadagno di potenza nel modulo di amplificazione ottica a due stadi, emettendo infine un segnale ad alta potenzalaser pulsato a nanosecondiA causa dell'aumento della potenza di picco, il segnale a impulsi amplificato può subire una compressione della larghezza dell'impulso dovuta all'effetto di limitazione del guadagno. Nelle applicazioni pratiche, vengono spesso adottate strutture di amplificazione multistadio per migliorare ulteriormente la potenza di uscita e l'efficienza del guadagno.
Il sistema di circuiti laser MOPA è composto da una scheda di controllo principale FPGA, una sorgente di pompaggio, una sorgente di seed, una scheda di circuito driver, un amplificatore, ecc. La scheda di controllo principale FPGA pilota la sorgente di seed per emettere impulsi di luce di seed grezzi a livello 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 di seed è dotata di un fotorivelatore 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 pilotaggio della pompa 1 e 2 per realizzare le operazioni di apertura e chiusura delle sorgenti di pompaggio 1, 2 e 3. Quando lafotorivelatoreSe non riesce a rilevare l'uscita della luce di segnalazione, la scheda di controllo principale spegnerà la sorgente della pompa per evitare danni al YDDCF e ai dispositivi ottici dovuti alla mancanza di ingresso della luce di innesco.
Il sistema di percorso ottico laser MOPA adotta una struttura interamente in fibra ed è costituito da un modulo di oscillazione principale e 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 riga di 3 nm e una potenza di uscita continua massima di 400 mW come sorgente di seed, e lo combina con un reticolo di Bragg in fibra (FBG) con una riflettività del 99% a 1063,94 nm e una larghezza di riga 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 utilizza fibre YDDCF con diametri del nucleo rispettivamente di 8 e 30 μm come mezzi di guadagno. I corrispondenti coefficienti di assorbimento della pompa di rivestimento sono rispettivamente di 1,0 e 2,1 dB/m a 915 nm.
Data di pubblicazione: 17 settembre 2025