Laser pulsé de haute puissanceavec une structure MOPA entièrement en fibres
Les principaux types de structures de lasers à fibre comprennent les structures à résonateur unique, à combinaison de faisceaux et à amplificateur de puissance oscillant maître (MOPA). Parmi elles, la structure MOPA est devenue un axe de recherche majeur en raison de sa capacité à atteindre des performances élevées.laser pulsésortie avec largeur d'impulsion et fréquence de répétition réglables (appelée largeur d'impulsion et fréquence de répétition).
Le principe de fonctionnement du laser MOPA est le suivant : l’oscillateur principal (MO) est une source d’amorçage haute performance.laser à semi-conducteurCe dispositif génère un signal lumineux d'amorçage aux paramètres ajustables par modulation d'impulsions directe. La carte de commande principale FPGA (Field Programmable Gate Array) produit des signaux de courant impulsionnels aux paramètres ajustables, lesquels sont pilotés par le circuit de commande pour alimenter la source d'amorçage et réaliser la modulation initiale du signal lumineux d'amorçage. Après réception des instructions de la carte de commande principale FPGA, le circuit de commande de la source de pompe active cette dernière pour générer le signal de pompe. Une fois couplés par le séparateur de faisceau, les signaux lumineux d'amorçage et de pompe sont injectés respectivement dans la fibre optique à double gaine dopée à l'ytterbium (YDDCF) du module d'amplification optique à deux étages. Durant ce processus, les ions Yb³⁺ absorbent l'énergie du signal de pompe, induisant une inversion de population. Par la suite, grâce aux principes d'amplification par onde progressive et d'émission stimulée, le signal lumineux d'amorçage bénéficie d'un gain de puissance élevé dans le module d'amplification optique à deux étages, permettant ainsi de produire un signal de puissance élevée.laser pulsé nanosecondeEn raison de l'augmentation de la puissance de crête, le signal d'impulsion amplifié peut subir une compression de sa largeur d'impulsion due à l'effet de limitation du gain. Dans les applications pratiques, des structures d'amplification multi-étages sont souvent utilisées pour améliorer encore la puissance de sortie et le rendement du gain.
Le système de circuit laser MOPA est composé d'une carte de contrôle principale FPGA, d'une source de pompage, d'une source d'amorçage, d'une carte de circuit de commande, d'un amplificateur, etc. La carte de contrôle principale FPGA pilote la source d'amorçage pour produire des impulsions lumineuses brutes de puissance microwatt (MW) aux paramètres ajustables. Pour ce faire, elle génère des signaux électriques pulsés dont la forme d'onde, la largeur d'impulsion (de 5 à 200 ns) et la fréquence de répétition (de 30 à 900 kHz) sont également ajustables. Ce signal est injecté, via un isolateur, dans le module d'amplification optique à deux étages composé d'un préamplificateur et d'un amplificateur principal. Ce module produit finalement un laser à impulsions courtes de haute énergie à travers un isolateur optique avec fonction de collimation. La source d'amorçage est équipée d'un photodétecteur interne qui surveille la puissance de sortie en temps réel et la renvoie à la carte de contrôle principale FPGA. Cette dernière pilote les circuits de commande de pompage 1 et 2 afin de réaliser l'ouverture et la fermeture des sources de pompage 1, 2 et 3.photodétecteurSi le signal lumineux émis ne parvient pas à être détecté, la carte de commande principale coupera l'alimentation de la pompe afin d'éviter d'endommager le YDDCF et les dispositifs optiques en raison d'un manque de lumière d'amorçage.
Le système optique du laser MOPA est entièrement fibré et se compose d'un module d'oscillation principal et d'un module d'amplification à deux étages. Le module d'oscillation principal utilise une diode laser semi-conductrice (LD) émettant à une longueur d'onde centrale de 1064 nm, une largeur de raie de 3 nm et une puissance de sortie continue maximale de 400 mW comme source d'amorçage. Cette diode est associée à un réseau de Bragg sur fibre (FBG) présentant une réflectivité de 99 % à 1063,94 nm et une largeur de raie de 3,5 nm, formant ainsi un système de sélection de longueur d'onde. Le module d'amplification à deux étages utilise un pompage inverse et des fibres YDDCF de diamètres de cœur respectifs de 8 et 30 µm sont utilisées comme milieux amplificateurs. Les coefficients d'absorption du revêtement correspondants sont de 1,0 et 2,1 dB/m à 915 nm, respectivement.
Date de publication : 17 septembre 2025