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光纤激光器进军导星领域
材料来源:激光世界           录入时间:2010-7-23 18:08:28

作者:Gail Overton

利用589nm光源照射上层大气使钠蒸汽谱线发光,可以形成一种典型的激光导星,它协同自适应光学系统能够补偿大气湍流,改善地基望远镜的清晰度。以前,光纤激光器(需要通过倍频或其他方案获得589nm波长)无法达到这一应用所要求的20W的功率水平,这种状况一直持续到欧洲南方天文台(ESO,德国)的研究人员利用两台相干组束的拉曼光纤放大器研制出一台589nm光纤激光器导星光源。

目前,欧洲南方天文台的研究人员已经利用单个倍频拉曼光纤放大器研制出一台输出功率大于25W的589nm光纤激光导星光源。[1], [2]由于光纤激光器具有结构坚固紧凑、能耗低、光束质量好等特征,因此其用途涵盖了材料加工、微电子加工、医疗以及恶劣环境下的工业应用等方方面面。现在,光纤激光器在远程望远镜位置中的导星应用中也有了用武之地。

 将两个放大器精简为一个

为了获得功率大于25W的589nm光源,该研究小组最初将德国Toptica Photonics公司的光纤耦合外腔二极管种子激光器输出的36mW、1178nm的连续光注入到两个1178nm的拉曼光纤放大器中。这两个放大器由欧洲南方天文台搭建的75W、1120nm的拉曼光纤激光器泵浦,而此处的拉曼光纤激光器又由工作波长为1070nm的掺镱光纤激光器泵浦。1178nm放大器输出的半高全宽线宽小于1.5MHz,输出功率在受到受激布里渊散射限制之前为20W。利用相干组束技术(包括由一个50/50熔融光纤耦合器、两个独立的拉曼光纤放大器和一个50/50自由空间组束镜构成的一个马赫-曾特尔干涉仪),放大器的输出被组束镜组合(效率为95%)为一个单束光,并注入到一个外部谐振腔中进行倍频。

 

图:589nm导星光纤激光器的功率和转换效率与1178nm波长单个光学放大器输出功率之间的函数关系。

倍频腔由呈领结状分布的四个镜片和一块铌酸锂晶体组成。根据测量结果,25.4W、589nm输出光的半高全宽线宽小于2.3MHz,转换效率为86%,这是在这个功率水平范围报道的最高转换效率。

由于采用两台放大器不仅结构复杂、成本昂贵,而且对于恶劣环境来说还不够坚固,因此欧洲南方天文台的研究小组利用单台拉曼放大器泵浦源获得了超过25W的589nm激光输出。由于欧洲南方天文台自建的泵浦激光器的1120nm输出功率显著提高,使得该小组可以省去第二个放大器。由于采用了长度为30m的单模光纤以及特殊的激光腔设计,最初的75W、1120nm的光源,现在已经能获得150W的输出功率。该研究小组表示,这是目前报道的功率最高的拉曼光纤激光器。在最初的实验中,1178nm拉曼光纤放大器的输出经过倍频后,获得了转换效率为81%的26.5W输出(如图)。目前,该输出功率已经被提高到了28W。

“由于拉曼光纤激光器或放大器具有受激布里渊散射和线宽非线性展宽的特性,因此业界通常认为它们不适合产生高功率、窄线宽的激光输出,”欧洲南方天文台的研究人员冯衍表示。“然而,我们通过改进技术成功地抑制了这些效应,并证明了拉曼光纤放大器实际上是制作导星激光器的一项颇具前景的技术。拉曼光纤器件的一个特殊优势是它的波长易变性。这项技术实际上可以用于产生在光纤中透明的任意波长的激光,同时也适合许多其他的科学、医学和工业应用。”

参考文献

1.        Y. Feng et al., Optics Express 17(21) p. 19021 (Oct. 12, 2009).

2.        Y. Feng et al., Frontiers in Optics 2009, San Jose, CA, post-deadline paper PDPA4 (Oct. 14, 2009).


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