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タイプには、単一共振器、ビーム結合、およびマスター発振パワーアンプ（MOPA）構造があります。中でも、MOPA構造は高性能を実現できることから、現在の研究のホットスポットの一つとなっています。パルスレーザーパルス幅と繰り返し周波数を調整可能な出力（パルス幅と繰り返し周波数と呼ばれる）。

MOPAレーザーの動作原理は以下のとおりです。主発振器（MO）は高性能シード光源です。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）メイン制御は、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メイン制御ボードから制御命令を受信すると、ポンプ光源駆動回路が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、それぞれ2段光増幅モジュール内のYb3+ドープ二重クラッド光ファイバー（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て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内で高出力ゲインを獲得し、最終的に高出力の光を出力する。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る。実際の応用においては、出力電力とゲイン効率をさらに向上させるために、多段増幅構造がしばしば採用される。

MOPAレーザー回路システムは、FPGAメイン制御基板、ポンプ光源、シード光源、ドライバ回路基板、アンプなどで構成されています。FPGAメイン制御基板は、調整可能な波形、パルス幅（5～200ns）、繰り返し周波数（30～900kHz）を持つパルス電気信号を生成することにより、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するようにシード光源を駆動します。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、最終的にコリメート機能を持つ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が出力されます。シード光源には、出力パワーをリアルタイムで監視し、FPGAメイン制御基板にフィードバックするための内部フォトディテクタが装備されています。メイン制御基板は、ポンプ駆動回路1および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の検出に失敗した場合、メイン制御基板は、シード光入力の不足によるYDDCFおよび光学機器の損傷を防ぐため、ポンプ光源を遮断します。

MOPAレーザー光路システムはオール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、915nmでそれぞれ1.0dB/mと2.1dB/mです。