如何使用连贯的光学隔离器在超快光纤激光器中防止天博体育app和损坏

1天博体育app对飞秒光纤激光系统的影响

一点（光学）天博体育app可以走很长一段路。 。 。

稀土掺杂光纤已成为仅纤维和杂化（纤维和散装）激光的超快激光系统的更广泛的培养基。但是，存在基于纤维的振荡器和放大器固有的设计问题。由于纤维是一种高增益培养基，因此无意中注射到超快振荡器以及放大器中的任何光都会通过造成不稳定（最多）或损坏（最坏）来降解和潜在地影响系统性能。光学天博体育app是由下游光学元件或放大器阶段的放大自发发射（ASE）引起的，并且通过掺杂光纤纤维的高增益来放大。在光纤中，小信号，单通路收益约为20 dB或更多，而不是在散装掺杂材料中相对较低的增益〜5 dB。与散装增益材料相比，纤维末端的梁的尺寸相对较小，导致末端的强度更高，并创建纤维系统可以达到较低光学功率的损伤阈值的场景。

生成低于10 picseconds（PS）并进入飞秒（FS）范围的脉冲，可以根据目标脉冲能量和重复速率设计天博体育app激光系统。两种典型的配置是1）PS脉冲的光学主振荡器功率放大器（MOPA）方案，通常具有混合散装纤维设计，以及2）用于FS脉冲的chi脉脉冲放大器（CPA）方案。这些设计的示例在图1和2中可以看到。

实际上说，每当使用模式锁定的光纤振荡器作为脉冲源设计激光系统时，振荡器通常仅提供MW级别的输出，而系统要求则可以到达10瓦特及以后的10s。需要放大器来实现性能目标，并且通常使用产生1W的大型区域（LMA）放大器，甚至超过100W。但是，振荡器只能在微波（μW）水平以下的天博体育app育app育app下保持稳定。否则，打扰频谱含量的噪声会抑制模式锁定，甚至引起Q开关 - 向后喂养的功率必须小于脉冲构建的ASE；这通常意味着振荡器需要<< 60 dB的天博体育app育app育app才能保持稳定的模式。相比之下，固态模式锁定振荡器仍然可以使用多次天博体育app育app育app来运行。同时，如果振荡器的种子脉冲在放大器的输入下被中断，则可能会导致Q开关，这总是会导致纤维端面上的光损伤。

一种防止天博体育app进入超快纤维振荡器并保护随后的放大器链的机制是必不可少的。

幸运的是，通过光学天博体育app引起的问题有一个解决方案。使用相干光学隔离器。

2使用法拉第隔离器来防止天博体育app

Faraday隔离器是一种光学设备，可在向前方向上提供高度传输信号灯，但强烈地阻止了反向方向的光。光学隔离器中的主要成分是法拉第旋转器，该旋转器由具有特殊特性的磁化材料制成。法拉第旋转器通过向前方向旋转45度的极化光45度的平面和另外45度的非重生旋转，同时保持光线的线性极化。当放置在交叉极化器之间时，法拉第旋转器将变成法拉第隔离器。 Faraday隔离器可保护激光振荡器和激光放大器免受背部反射的有害影响。包含低吸收，高伤害阈值光学元件，我们的法拉第旋转器和隔离器非常适合用于天博体育app激光系统的平均功率水平高达50W。

选择天博体育app器时，请记住几个标准：入射光束大小，天博体育app器上的入射光电功率，下一阶段所需的传输功率以及所需的天博体育app量。

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3安装法拉第天博体育app器

在光纤天博体育app系统的光学路径中安装法拉第隔离器相对直截了当。每个连贯的隔离器都包含用户手册ⁱ，它描述了如何在梁路径中对齐设备。当选择适当的天博体育app器时，必须考虑光束尺寸，光功率和中心波长和带宽的参数，因为每个天博体育app器都符合所选模型的严格规格。

有关在MOPA和CPA系统中安装天博体育app器的示例，请参见图1和2。可以在参考2中找到现实世界应用程序的示例ⁱⁱ.

4与分散有关的注意事项

分散是天博体育app激光器的一个重要问题，它可以影响脉冲持续时间，因此，超短脉冲的峰值功率。当光脉冲在相位速度取决于其频率（或波长）的介质中传播时，就会发生分散。用于制造光学隔离器的法拉第材料是分散的，因此，通过隔离器横穿脉冲可以宽阔，尽管该效果的大小和相关性取决于初始脉冲和应用。

通常，纤维天博体育app系统以100 fs或更长时间的速度产生脉冲，光带宽范围为10-30 nm或更多。实际的系统带宽以及隔离器中使用的法拉第旋转器的长度将决定将发生的脉冲扩大量。分散量通常不会引起足够的脉搏失真以对应用产生负面影响。

但是，重要的是要注意，对于<100 fs的脉冲（带宽较大的脉冲），分散量将更大 - 这在许多应用中成为重要的考虑因素。例如，在包括某些CPA系统在内的非线性扩展系统中，可以产生<100 fs的脉冲。如果由于激光应用程序的天博体育app（例如在材料处理中）的天博体育app而需要在激光系统的输出处进行隔离器，则将增加整个组速度分散预算。在某些情况下，通过在系统的其他部分中平衡分散，可以减轻或去除由输出隔离器引起的分散效果。

使用8 mm TGG的Faraday天博体育app器如何影响〜1050 nm Ultrashort脉冲的脉冲持续时间在10-10,000 fs范围内，如图3所示。这是使用TGG的Sellmeier方程完成的ⁱⁱⁱ.

分析求解2^nd折射率的衍生物，可以计算GVD，然后计算特定设备的实际二阶分散（此处为β₂，二阶延迟分散），通过将GVD乘以材料的长度，与GVD相关 - 在这种情况下，在天博体育app器中使用的TGG。此信息又可以用来计算给定输入脉冲持续时间的输出脉冲持续时间，在穿过TGG天博体育app器材料的长度后。对于输入脉冲长度平方的情况，t₀ ² ，远小于β₂，表达与β成比例宽阔拓宽的方程式₂可以使用^v。

通过执行这些计算，分散量，β₂，发现1030-1080 nm的范围是〜1100 fs²8毫米长的TGG。下图显示了从10-10,000 fs范围内的二阶分散量的估计扩展。

5结论

在设计具有纤维子系统的天博体育app激光系统时，使用保护性光学隔离器是实现最佳性能和产品寿命的关键。为了保持稳定性，稳健性并避免背部反射的有害影响，在系统中关键点使用相干隔离器将有助于您实现最佳性能和长期激光系统的可靠性。

与我们联系以获取有关如何保护超快光纤激光系统免受光学天博体育app的更多信息。

参考：

i Faraday旋转器和天博体育app器的连贯用户手册

II J. Limpert，T。Schreiber，S。Nolte，H。Zellmer和A.Tünnermann，“所有纤维chi鼠the纤维搅动的渗水放大系统基于空气引导光子带纤维的压缩”，“高级固态光子（Tops）中的（Tops），G。Quarles，Ed eD。 OSA的94
光学和光子学的趋势（美国光学学会，2004年），论文9。

III U. Schlarb和B. Sugg，“ Terbium Gallium Garnet的折射率”，物理统计sol。 （b）182 K91（1994）

iv作为一个来源，有关组速度分散的更多详细信息，请参见G. P. Agrawal的“非线性天博体育app”

v请参阅有关分散脉冲扩展和chi的部分：http：//www.rp-photonics.com/chromatic_dispersion.html