随着大模场面积掺杂双包层光纤和大功率半导体激光器(LD)的技术成熟,脉冲光纤放大器的研究也获得了飞速发展,脉冲峰值功率越来越高。脉冲光纤放大器由于具有高光束质量、便于热管理、光纤输出、结构紧凑等优势,正广泛运用于军事,精密加工、医疗、太空通信等多个领域。窄脉宽、高功率、高光束质量的的脉冲光纤放大器已成为研究的重点。
04 年,英国的 Southampton 大学的 A.malinowski 等人报道了一种全光纤放大系统,以掺镱光纤激光器为种子源,用两级掺镱双包层光纤放大器进行放大,最后用光栅对压缩,在 62MHz 时获得了 110fs,400nJ 的脉冲。 2005 年,美国的 F.D.Teodoro 和 C.D.Brooks 以调 Q 的 Nd:LSB 微片激光器为种子源,通过双包层掺镱光纤和光子晶体光纤放大,图 1.3 为实验结构图,在10kHz 时,获得了 1ns,1mJ 的脉冲。
2006 年 6 月,英国南安普顿大学的 J.Kim 等人利用 W 型纤芯结构的双包层光纤进行放大,实现了 53W,103ps 的脉冲输出。
2007 年 A. Galvanauskas 又将 1~10ns 脉宽的种子脉冲信号经双级单模前置放大后,级联两级 LMA 掺镱光纤放大器,获得了 M约为 1.3,峰值功率超过 5MW的脉冲输出。
国内一些单位也开展了脉冲放大光纤放大器的研究。主要的研究单位有中科院上海光机所、清华大学、中国电子科技集团第十一所和中科院西安光机所等。 2004 年,上海光机所的孔令峰等人用调 Q 激光器做种子源,用双包层掺镱光纤作为增益介质,在 20kHz 时放大到了 0.3mJ 的脉冲能量。 2005 年,清华大学的叶昌庚等人报道了一种脉冲泵浦的掺镱光纤放大系统。以调 Q 的 Nd:YAG 微片激光器为种子源,以掺镱双包层光纤为增益介质,在 200Hz时,最大得到了 138.2μJ 的单脉冲能量,其脉冲宽度为 0.83ns。
综上所述,国内外脉冲高功率光纤放大器的实验研究主要采用的还是分立元器件设计,不利于提高激光器的稳定性。本文中将采用 MOPA 结构设计全光纤脉冲放大结构,实现了平均功率 2W、重复频率 50KHz、脉冲宽度为 20ns 的窄脉冲激光输出。