MOPA

MOPA：主控振蕩器的功率放大器 Master Oscillator Power-Amplifier。與傳統的固體和氣體激光器相比 , 光纖激光器具有以下優點 : 轉換效率高 ( 光 - 光轉換效率超過) 、激光閾值低 ; 結構簡單 , 工作物質為柔性介質 , 使用方便 ; 光束質量高 ( 很容易 接近衍射極限 ); 激光輸出譜線多、調諧范 圍寬 (nm); 體積小、重量輕、散熱效果好、使用壽命長。

但是 , 由於輸出功率比較低 , 其應用範圍一直受到很大限制。隨著雙包層光纖和大功率半導體激光器 (LD) 製造技術的逐漸成熟 , 光纖激光器的輸出功率得到了極大的提高 , 其應用範圍也得到了很大擴展具有一定重複頻率、高能量、高峰值功率、高光束質量的超短脈衝激光在光纖通信、醫療、軍事和生物學等領域具有誘人的應用前景 , 已經成為當前人們的研究熱點之一。

目前 , 在光纖中獲得超短脈衝激光的方式主要有兩種 : 鎖模技術和調 Q 技術。鎖模脈衝光纖激光器主要是利用各種因素對腔內的振蕩縱模進行調製 , 當各縱模具有確定的相位關係 , 任意相鄰縱模相位差為常數時就可以實現相干疊加得到超短脈衝 , 脈衝寬度可以達到亞皮秒～亞飛秒量級。調 Q 脈衝光纖激光器是在激光器諧振腔內插人 Q 開關器件 , 通過周期性改變腔內的損耗 , 實現脈衝激光輸出 , 脈衝寬度可以達到 量級。利用調 Q 或鎖模技術 , 可以獲得極高的峰值功率 , 但是 , 單個調 Q 或鎖模激光器得到的脈衝能量往往很有限 , 這限制了其應用領域範圍。為了進一步提高脈衝能量 , 就要用到放大技術 , 即採用主振蕩功率放大 ( MOPA) 結構。採用該結構在光纖中獲得的高能量脈衝激光與種子光源的激光波長、重複頻率相同 , 而且時域脈衝的形狀和寬度也幾乎不變。選擇一定重複頻率和脈衝寬度的種子光源作為主振蕩器 , 通過功率放大后就能獲得所需的高能量脈衝激光輸出。因而採用主振蕩功率放大技術來實現高脈衝能量、高平均輸出功率成為一種理想選擇。

主振蕩功率放大 , 簡稱 MOPA, 就是將具有高光束質量的種子信號光和泵浦光 , 通過一定的方式耦合進雙包層光纖進行放大 , 從而實現對種子光源的高功率放大。其突出特點是 : 主振蕩器主要作用是產生高質量的種子光 , 輸出功率可大可小 , 因而輸出光較易做到所需的時域、頻域特性和保持良好的光束質量 ; 功率放大部分主要作用則是對種子光進行放大 , 在保證了輸出光的高光束質量的同時又實現了高功率、高能量輸出 , 即它結合了低功率種子源的良好脈衝特性和雙包層放大器的高功率放大特性的優點。

MOPA 結構光源如圖 1 所示 : 主要分兩部分 , 左邊虛框內是一個具有高光束質量輸出的種子光源 , 右邊虛框內是一級或幾級光纖放大器結構 , 兩部分共同構成一個主振蕩功率放大光源。