基于迈克尔逊型耦合腔光纤激光器相干合成的理论与实验研究(英文)

为使光纤激光器在自由空间中进行有效的相干合成,提出了耦合臂上带有会聚透镜的迈克尔逊型耦合腔,并将外腔配置为f-f结构以增强内部反馈.利用高斯光束的ABCD定律分析了外腔的传输特性,详细研究了外腔偏离f-f结构对相互注入耦合效率的影响,指出输出光纤端面与透镜前焦平面的偏差是影响反馈耦合效率的关键因素.基于此特别设计的迈克尔逊型耦合腔,实验上实现了两路光纤激光的有效相干合成.当透镜被移走时,阵列输出功率下降为原始值的78.5%,且相干态变得不稳定.

迈氏腔光纤激光器的相干合成

为获得高功率和高亮度光纤激光输出,设计了利用一块45°半透半反分束镜作为干涉元件,构建迈氏腔结构,使两路光纤激光器在输出端相干相长,从而实现相干合成输出的方案。从理论上分析了此方案的锁相机理,并在实验中成功实现了两路光纤激光器的相位锁定,使合成输出激光在自由空间传播,获得了功率约为360mW的相干合成激光输出,功率合成效率约为73%,合成输出后的激光束在轴上光强获得了大幅度提高。本方案结构简单,利用了光纤耦合器干涉锁相的原理,但却避免了光纤耦合器承受功率低的缺点,所有元件均可承受高功率,因此可实现更高功率的相干合成激光输出,是一种有前途的高功率光纤激光器相干合成方案。