光譜合成
Spectral Beam Combining（SBC）

更高的激光功率-合成技術

高功率光纖激光器的技術之一是可以合成很多通道的激光束。我（wǒ）們知道，現在單一通道光纖激光器可以提供（gòng）1千瓦甚至10千瓦的功率，通過對多束激（jī）光進行相位調整的光學組（zǔ）合，產生了一種新（xīn）的高（gāo）功率激光器，可以提供高達（dá）幾百千瓦（wǎ）的（de）功率。有幾種激光合成的技術，其中有（yǒu）兩種（zhǒng）需（xū）要使用相位調製器：光譜組合和相幹組合。對於（yú）這兩種技術中的任意一個（gè），iXblue Photonics都開發了專屬的（de）產品（帶寬、驅動電壓、非線性效（xiào）應抑製等）。

光譜合成

在光譜組合技術（SBC）中，不同的波長上的單通道（dào）激光器輸出一個連續的激光功率，通（tōng）過光學係統進行疊加。該激光係統的結果是強度分布均勻，總光功率與激光束的通道數成正比（bǐ）。因此，光譜合成的方法需要多路激光光源。

這些激光器中的每一路都通過電光相位調製器進行（háng）頻率調製，後者對（duì）於抑製光纖中的非線（xiàn）性布裏淵效應（也稱為受激布裏淵散射SBS）是尤為必（bì）要的。事實上，在光纖（xiān）中傳輸的過大功率會在玻璃結構中引發聲格振動。這種振動會導致（zhì）布拉格光柵效應限製（zhì）光的傳（chuán）輸：相當一部分光被（bèi）反射（shè），可能會損壞種子光源及其增益介質。抑（yì）製布裏淵效應的一個行之有效的方法是展寬（kuān）激（jī）光器的線寬（頻率調製）。通過（guò）鏈路中加入電光相位調製器，使這項技術成為（wéi）可能。因此，在光譜合成係統中，每個通（tōng）道的窄線寬激（jī）光器後麵都配備有一個或者多個相位（wèi）調製器。

一（yī）般情況下，窄線寬光源的SBC在犧牲光譜亮度的前提下，對（duì）相位穩（wěn）定性和光譜純度要求較（jiào）低。然而（ér），為了便於聚焦至衍射極限，並且在色散元件（jiàn）之後保持每個單獨通道的光束質量，仍然需要保持較窄的光譜寬度。在SBC結構中，將Yb雙包層光纖的增益譜細分為30、50或100路窄線寬光纖激光源進行組（zǔ）合，每一（yī）個通道被縮放到1千瓦至2千瓦，以實現30千瓦、50千（qiān）瓦或100千瓦甚至更高功率激光係統（tǒng）的總體目標。

對於（yú）相位調製，通常（cháng）的設置如下：

根據（jù）實際和工程考慮，這種通用架構也有一些變化。

其中一個主要的考慮因素是（shì）雙包層高功率光纖放大器，它需要飽和以實現（xiàn）高效率的（de）功率轉換。典型的放大（dà）器飽（bǎo）和輸入功率（lǜ）範圍為100~200mW，具體取決於直流光放大器的實際設計。在飽和功率以上，自發輻射放大（ASE）也（yě）被抑製。這（zhè）一要（yào）求構成了選擇相位調製器（qì）的關鍵標（biāo）準：對高輸入光功率（lǜ）的耐久性。對於3dB插入（rù）損（sǔn）耗的相位調製（zhì）器，放大器飽和時功率要達到150mW，再（zài）要求調製器輸入保偏光纖端的功率要達到300mW以上（shàng）。

雙包層光纖的選擇和直流放大器的配置（zhì）將決定實現SBS抑製所需的光譜展寬，光譜展寬（kuān）盡量保持在最小值，以（yǐ）保持（chí）後續合（hé）成的光束質量，並使Yb放大器增益帶寬內可用的通道（dào）的數量最大（dà）化。

其他考慮因素涉及（jí）應用於相位調製器的（de）RF輸入（rù）信號（hào）的類型。常用有白（bái）噪聲源（WNS）、偽隨機位序列（PRBS）和正弦波（bō）。

對展寬效應（yīng）影響的主要調製器指標是：

Ø 低驅動電壓（Vpi）和高（gāo）射頻承受功率（lǜ）能力，以產生大（dà）量邊帶

Ø 低插入損耗和高輸入光功率，以減輕放大器增益要求，減（jiǎn）少ASE噪（zào）聲源（yuán）

Ø 對（duì）外接溫度變化（huà）不敏感，因為該類型激光（guāng）係統通（tōng）常在（zài）室外運行

Ø 高偏振消光比（PER）

iXblue研製了NIR-MPX-LN-02及其配套（tào）的高壓射頻放大器DR-AN-10-HO，NIR-MPX-LN-02滿足SBC激光係統的所（suǒ）有要求，這種相位調製器具有（yǒu）超過5GHz的（de）帶寬，1.5V的極低半波電壓，超過33dBm的（de）射頻承受功率和300mw的光承受功率。

iXblue相位調製器NIR-MPX為1064 nm近紅外（wài）波段開發，得益於對“質子退（tuì）火交換”（APE）波導製（zhì）造工藝的技術掌（zhǎng）握（也用於我們自己的光纖螺儀中的Y波導），因此，APE波（bō）導可（kě）以（yǐ）承受幾百毫瓦的光強。

圖3顯示了不同（tóng）光（guāng）功率水（shuǐ）平下（xià）的光插入損（sǔn）耗。上麵的曲線各種顏色表示不（bú）同（tóng）輸出功率插損隨時間變化（左（zuǒ）標度）：橙色(10 mW)，藍色（sè）(100 mW)，綠（lǜ）色（sè）(200 mW)，紫（zǐ）色（sè）(300 mW)。下麵紅色曲線是光輸出功率（右標度）。通過插入損耗的恒定表現，我們的工藝（yì）和（hé）技術非常穩定，能承（chéng）受（shòu）光功率高達300mw。

由於激光係統可能需要在戶外和具有挑戰性的環境中工作，因此對調製器（qì）進行了長時間溫（wēn）度循環測試。溫度（藍色曲線）從-40°C到+85°C，並記錄輸出功率（lǜ）（橙色曲（qǔ）線）。通過我們（men）的（de）特殊調製器工藝，調製器是非常穩定的，我們隻觀察到在整個（gè）溫（wēn）度範圍內0,2dB的微小變化。

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