全ファイバーMOPA構造の高出力パルスレーザー

高出力パルスレーザー全繊維MOPA構造

ファイバーレーザーの主な構造には、単一共振器、ビーム結合、マスター発振電力増幅器（MOPA）構造などがあります。中でも、MOPA構造は高性能を達成できるため、現在研究のホットスポットの一つとなっています。パルスレーザー調整可能なパルス幅と繰り返し周波数（パルス幅と繰り返し周波数と呼ばれる）で出力します。

MOPAレーザーの動作原理は次のとおりです。主発振器（MO）は高性能のシード光源です。半導体レーザー直接パルス変調により調整可能なパラメータを持つシード信号光を生成する。フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）主制御部は、調整可能なパラメータを持つパルス電流信号を出力し、駆動回路によって制御されてシード光源を動作させ、シード光の初期変調を完了する。FPGA主制御ボードからの制御命令を受信すると、ポンプ光源駆動回路はポンプ光源を起動してポンプ光を生成する。シード光とポンプ光はビームスプリッタによって結合された後、それぞれ2段光増幅モジュール内のYb3+ドープダブルクラッド光ファイバ（YDDCF）に注入される。この過程で、Yb3+イオンはポンプ光のエネルギーを吸収し、反転分布を形成する。その後、進行波増幅と誘導放出の原理に基づいて、シード信号光は2段光増幅モジュールで高い利得を達成し、最終的に高出力のナノ秒パルスレーザーピーク電力の増加に伴い、増幅されたパルス信号はゲインクランプ効果によりパルス幅が圧縮される可能性があります。実際のアプリケーションでは、出力電力とゲイン効率をさらに高めるために、多段増幅構造が採用されることがよくあります。

MOPAレーザー回路システムは、FPGA主制御基板、ポンプ光源、シード光源、駆動回路基板、増幅器などから構成されています。FPGA主制御基板は、波形、パルス幅（5～200ns）、繰り返し周波数（30～900kHz）を調整可能なパルス電気信号を生成することで、シード光源を駆動し、調整可能なパラメータを持つMWレベルの生シード光パルスを出力します。この信号はアイソレータを介して、プリアンプとメインアンプで構成される2段光増幅モジュールに入力され、最終的にコリメーション機能付き光アイソレータを介して高エネルギー短パルスレーザーを出力します。シード光源には、出力電力をリアルタイムで監視し、FPGA主制御基板にフィードバックするための内部光検出器が装備されています。主制御基板は、ポンプ駆動回路1と2を制御して、ポンプ光源1、2、3の開閉動作を実現します。光検出器信号光出力を検出できない場合、主制御盤は、シード光入力の不足によるYDDCFおよび光デバイスの損傷を防ぐために、ポンプ光源を遮断します。

MOPAレーザー光路システムは、全ファイバー構造を採用し、主発振モジュールと2段増幅モジュールで構成されています。主発振モジュールは、中心波長1064nm、線幅3nm、最大連続出力400mWの半導体レーザーダイオード（LD）をシード光源とし、反射率99%@1063.94nm、線幅3.5nmのファイバーブラッググレーティング（FBG）と組み合わせて波長選択システムを形成しています。2段増幅モジュールは逆ポンプ設計を採用し、コア径8μmと30μmのYDDCFをそれぞれ利得媒体として構成しています。対応するコーティングポンプ吸収係数は、それぞれ1.0dB/m@915nmと2.1dB/mです。