MOPA 又名：MasterOscillatorPower-Amplifier

定義

MOPA：主控振蕩器的功率放大器 Master Oscillator Power-Amplifier。

與傳統(tǒng)的固體和氣體激光器相比 , 光纖激光器具有以下優(yōu)點(diǎn) : 轉(zhuǎn)換效率高 ( 光 - 光轉(zhuǎn)換效率超過(guò)60%) 、 激光閾值低 ; 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 工作物質(zhì)為柔性介質(zhì) , 使用方便 ; 光束質(zhì)量高 ( 很容易 接近衍射極限 ); 激光輸出譜線多、 調(diào)諧范 圍寬 (455 ～ 3 500nm); 體積小、 重量輕、 散熱效果好、使用壽命長(zhǎng)。但是 , 由于輸出功率比較低 , 其應(yīng)用范圍一直受到很大限制。 隨著雙包層光纖和大功率半導(dǎo)體激光器 (LD) 制造技術(shù)的逐漸成熟 ,光纖激光器的輸出功率得到了極大的提高 , 其應(yīng)用范圍也得到了很大擴(kuò)展具有一定重復(fù)頻率、高能量、 高峰值功率、高光束質(zhì)量的超短脈沖激光在光纖通信、 醫(yī)療、 軍事和生物學(xué)等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景 , 已經(jīng)成為當(dāng)前人們的研究熱點(diǎn)之一。

目前,在光纖中獲得超短脈沖激光的方式主要有兩種:鎖模技術(shù)和調(diào)Q技術(shù)。鎖模脈沖光纖激光器主要是利用各種因素對(duì)腔內(nèi)的振蕩縱模進(jìn)行調(diào)制,當(dāng)各縱模具有確定的相位關(guān)系,任意相鄰縱模相位差為常數(shù)時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)相干疊加得到超短脈沖 , 脈沖寬度可以達(dá)到亞皮秒～亞飛秒量級(jí)。調(diào)Q脈沖光纖激光器是在激光器諧振腔內(nèi)插人Q開(kāi)關(guān)器件,通過(guò)周期性改變腔內(nèi)的損耗,實(shí)現(xiàn)脈沖激光輸出,脈沖寬度可以達(dá)到10 - 9 s 量級(jí) 。利用調(diào) Q 或鎖模技術(shù) , 可以獲得極高的峰值功率 , 但是,單個(gè)調(diào)Q或鎖模激光器得到的脈沖能量往往很有限,這限制了其應(yīng)用領(lǐng)域范圍。為了進(jìn)一步提高脈沖能量 , 就要用到放大技術(shù) ,即采用主振蕩功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)在光纖中獲得的高能量脈沖激光與種子光源的激光波長(zhǎng)、重復(fù)頻率相同,而且時(shí)域脈沖的形狀和寬度也幾乎不變。選擇一定重復(fù)頻率和脈沖寬度的種子光源作為主振蕩器,通過(guò)功率放大后就能獲得所需的高能量脈沖激光輸出。因而采用主振蕩功率放大技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高脈沖能量、高平均輸出功率成為一種理想選擇。

MOPA 結(jié)構(gòu)光源的工作原理

主振蕩功率放大 , 簡(jiǎn)稱 MOPA, 就是將具有高光束質(zhì)量的種子信號(hào)光和泵浦光 , 通過(guò)一定的方式耦合進(jìn)雙包層光纖進(jìn)行放大 , 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)種子光源的高功率放大。 其突出特點(diǎn)是 : 主振蕩器主要作用是產(chǎn)生高質(zhì)量的種子光 , 輸出功率可大可小 , 因而輸出光較易做到所需的時(shí)域、 頻域特性和保持良好的光束質(zhì)量 ; 功率放大部分主要作用則是對(duì)種子光進(jìn)行放大 , 在保證了輸出光的高光束質(zhì)量的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了高功率、高能量輸出 , 即它結(jié)合了低功率種子源的良好脈沖特性和雙包層放大器的高功率放大特性的優(yōu)點(diǎn)。

MOPA 結(jié)構(gòu)光源如圖1所示 : 主要分兩部分 , 左邊虛框內(nèi)是一個(gè)具有高光束質(zhì)量輸出的種子光源 , 右邊虛框內(nèi)是一級(jí)或幾級(jí)光纖放大器結(jié)構(gòu) , 兩部分共同構(gòu)成一個(gè)主振蕩功率放大光源。