光纤@超快光纤激光器关键技术之一：多光束相干合成( 二 )
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图5 16纤芯光纤端面示意图
(a)光纤端面 (b)放大的自发辐射 (c)放大信号输出
该系统使用两组分段镜面分束器将一束入射光在空间上分成16个光束 。这种分束器由一块高反镜以及一个包含并排的四种不同反射率区域的镜面组成 ， 反射率分别为0、50％、66％、75％ ， 把初始光束分为4×4的矩阵 ， 再用偏振分光器或4焦距系统来调节光束矩阵的间距 ， 送到多纤芯光纤的端面 。
多纤芯光纤合成系统则将光束通过了一个4×4的压电调控镜面矩阵来维持相位稳定（图6） ， 借由镜面反射过程中发生的光束水平竖直方向翻转减小了在最后telescope处的球差 。镜面矩阵之前放置了透镜矩阵 ， 把镜面安装时微小的倾斜转化为横向的光束偏移 ， 从而减小光束矩阵的畸变 。之后 ， 利用四分之一波片调节光束的偏振 。为避免各个通道之间存在热耦合 ， 该课题组优化了纤芯直径以及各纤芯之间的间距 。整个系统为filled-aperture结构 ， 有利于提高合束效率 。
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图6 用于相位调节反馈的信号光束（未良好干涉光束 ， 多为高阶模光束）
经过多纤芯光纤放大后的光束又一次经过两级分段镜面 ， 从而把16束光合束 ， 其光束质量因子小于1.2（图7左） ， 可以获得近衍射极限大小的光斑（图7右） 。
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图7 多纤芯光纤系统光束M2测量（左）和合成后光束（右）
目前基于多纤芯光纤的合成系统还处于发展初期 ， Jena课题组只是进行了原理验证 。在该实验中 ， 系统平均功率仅有70w功率 ， 脉宽为40ps ， 合束效率为80％ 。多纤芯光纤合成系统的进一步研究 ， 依赖于提高多纤芯光纤的制造工艺 ， 使得纤芯矩阵排列更均匀 ， 同时减小高阶模传输带来的损耗 ， 并避免不同纤芯间的模式耦合 。增加多纤芯光纤的纤芯数量也有利于进一步提高功率 ， 但也要仔细研究如何对该种光纤进行热量管理 。
参考文献：
[1] M. Mueller, A. Klenke, H. Stark, J. Buldt, T. Gottschall, J. Limpert, and A. Tünnermann, "16 Channel Coherently-Combined Ultrafast Fiber Laser," in Laser Congress 2017 (ASSL, LAC), OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2017), paper AW4A.3.
[2] A. Klenke, M. Müller, H. Stark, F. Stutzki, C. Hupel, T. Schreiber, A. Tünnermann, and J. Limpert, "Coherently combined 16-channel multicore fiber laser system," Opt. Lett. 43, 1519-1522 (2018)
【光纤@超快光纤激光器关键技术之一：多光束相干合成】
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