种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光器系统与流程

1.本发明涉及激光技术领域，尤其涉及的是一种种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光系统。


背景技术：

2.超高功率连续光纤激光器具有高功率、高可靠性、高光束质量和热管理方便等优点，在工业加工、军事攻防等领域具有广泛的应用。在军事领域，作为激光武器的核心部分，高功率光纤激光器具有比固体激光器体积小，能耗低等特点，可解决固定安装问题，拓展应用于机、舰等移动载体。因此，多个国家都在推进激光武器开发，加大高功率连续光纤激光器的研究力度，旨在此领域占得先机。
3.当激光器功率放大过程中泵浦功率过高时，受光纤中多种非线性效应的影响，输出功率曲线进入非线性区。其中，光纤中的受激布里渊散射(stimulated brillouin scattering，sbs)效应阈值最低，容易造成有效输出效率降低，成为限制激光器最高输出功率的瓶颈问题。为提升光纤激光器的输出功率，提出了多种抑制sbs效应的方法，如减小光场和声场重叠面积、引入增益竞争、降低数值孔径(na)、使用高掺杂光纤与相位调制展宽种子激光光谱等。
4.其中，基于相位调制展宽种子源光谱，能够降低平均入纤功率，具有操作简单、效率高的特点，成为保证高功率连续光纤激光器系统高功率输出的关键技术之一。现阶段中，种子源相位调制展宽的调制信号主要有正弦信号、白噪声源(white noise source，wns)及伪随机码序(pseudo
‑
random binary sequence，prbs)等。上述方案采用级联的相位调制，系统结构较为复杂，使得成本较高，并且未能获得最佳的光谱分布，不能最大化抑制sbs效应，导致最大输出功率受到限制。
5.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光系统，以解决现有相位调制展宽种子源光谱存在的成本较高、最大输出功率受到限制的问题。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种种子源光谱展宽方法，其包括：
9.通过种子源输出保偏窄线宽连续激光信号；
10.通过驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号并输出至功放模块；
11.所述功放模块对所述驱动模块输出的驱动信号进行功率放大处理；
12.相位调制器接收所述种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号以及所述功放模块输出的驱动信号，通过高阶相位调制的方式对所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。
13.本发明进一步地设置，所述通过高阶相位调制的方式对所述保偏窄线宽连续激光
信号进行展宽的步骤包括：
14.在指定驱动功率下，所述相位调制器采用1
‑
5阶的高阶边带对所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。
15.本发明进一步地设置，所述通过高阶相位调制的方式对所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽的步骤还包括：
16.通过调制深度调整不同边带的幅度；
17.通过调节所述驱动信号的功率对调制深度进行控制，以提升高阶边带的幅度。
18.本发明进一步地设置，所述调制深度越高，不同阶数边带的振幅越相近。
19.本发明进一步地设置，所述伪随机比特序列信号为多个正弦信号叠加而成，且所述伪随机比特序列信号包括若干种频率成分；其中，所述伪随机比特序列信号的高频成分用于光谱展宽，所述伪随机比特序列信号的低频成分用于填补光谱谱线之间的间隙。
20.基于同样的发明构思，本发明还提供了一种种子源光谱展宽装置，其包括：种子源、相位调制器、驱动模块与功放模块；其中，
21.所述种子源用于输出保偏窄线宽连续激光信号；
22.所述驱动模块与所述相位调制器的电输入端连接，用于产生伪随机比特序列信号为所述相位调制器提供驱动信号；
23.所述功放模块连接在所述相位调制器与所述驱动模块之间，用于对所述驱动模块输出的驱动信号进行功率放大后输出至所述相位调制器；
24.所述相位调制器的光入端与所述种子源连接，用于接收所述种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号，并通过高阶相位位调制的方式对所述种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。
25.本发明进一步地设置，所述功放模块包括：
26.功率放大单元，所述功率放大单元的输入端与所述驱动模块的输出端连接，用于将所述驱动模块输出的驱动信号进行功率放大处理；
27.滤波单元，所述滤波单元的输入端与所述功率放大单元的输出端连接，所述滤波单元的输出端与所述相位调制器的电输入端连接，用于将经所述功率放大单元功率放大后的驱动信号进行滤波处理，并将滤波后的所述驱动信号输出至所述相位调制器。
28.本发明进一步地设置，所述功率放大单元包括：
29.射频功率放大器，所述射频功率放大器的输入端与所述驱动模块的输出端连接，所述射频功率放大器的输出端与所述滤波单元的输入端连接；
30.所述滤波单元包括：
31.低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与所述射频功率放大器的输出端连接，所述低通滤波器的输出端与所述相位调制器的电输入端连接。
32.本发明进一步地设置，所述驱动模块包括：
33.任意波形发生器，所述任意波形发生器与所述功放模块连接，用于产生伪随机比特序列信号作为所述相位调制器的驱动信号。
34.基于同样的发明构思，本发明还提供了一种高功率连续光纤激光系统，其包括：
35.如上所述的种子源光谱展宽装置；
36.功率预放大模块，与所述相位调制器连接，用于对展宽后的保偏窄线宽连续激光
信号进行预功率放大处理；
37.功率主放大模块，与所述功率预放大模块连接，用于对所述预功率预放大处理后的保偏窄线宽连续激光信号进行功率主放大处理。
38.本发明所提供的一种种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光系统，其中，所述种子源光谱展宽方法包括：通过种子源输出保偏窄线宽连续激光信号；通过驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号并输出至功放模块；所述功放模块对所述驱动模块输出的驱动信号进行功率放大处理；相位调制器接收所述种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号以及所述功放模块输出的驱动信号，通过高阶相位调制的方式对所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。本发明通过驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号，并经功放模块对该驱动信号进行功率放大处理后输出至相位调制器，其后通过相位调制器接收种子源发射出的保偏窄线宽连续激光信号并以高阶相位位调制的方式进行展宽处理，以达到传统双级级联的相位调制方案相同的光谱展宽带宽，能够在简化结构的同时降低成本。另外，本发明通过对种子源发射出的保偏窄线宽连续激光信号进行展宽，能够有效抑制sbs效应，从而能够最大化高功率连续光纤激光器系统的输出功率。
附图说明
39.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
40.图1是本发明中种子源光谱展宽装置的功能模块结构图。
41.图2是具有不同半波电压的相位调制器频响曲线图。
42.图3是本发明中在2.5gbps的prbs信号驱动下，种子源在单级高相位调制深度下的展宽光谱图。
43.图4是本发明中在2.5gbps的prbs信号驱动下，基于mopa结构的高功率光纤激光器输出功率测量图。
44.图5是本发明中速率为2.5gbps的prbs信号的时域、频域仿真图。
45.图6是本发明中种子源光谱展宽方法的流程示意图。
46.图7是正弦信号相位调制光谱图。
47.图8是频率为300mhz的单频信号、相位调制器的半波电压为2v、载波频率为30ghz、正弦信号峰峰值为1v时的1阶相位调制示意图。
48.图9是频率为300mhz的单频信号、相位调制器的半波电压为2v、载波频率为30ghz、正弦信号峰峰值为3v时的3阶相位调制示意图。
49.图10是频率为300mhz的单频信号、相位调制器的半波电压为2v、载波频率为30ghz、正弦信号峰峰值为5v时的5阶相位调制示意图。
50.图11是频率为300mhz的单频信号、相位调制器的半波电压为2v、载波频率为30ghz、正弦信号峰峰值为10v时的10阶相位调制示意图。
51.图12是频率范围为200
‑
300mhz、频率间隔为1mhz多频信号功率为0.2w时的6阶相位调制示意图。
52.图13是频率范围为200
‑
300mhz、频率间隔为1mhz多频信号功率为0.5w时的10阶相位调制示意图。
53.图14是频率范围为200
‑
300mhz、频率间隔为1mhz多频信号功率为0.8w时的15阶相位调制示意图。
54.图15是频率范围为200
‑
300mhz、频率间隔为1mhz多频信号功率为1.2w时的18阶相位调制示意图。
55.图16是贝塞尔函数各个频率分量的示意图。
56.图17是本发明中高功率连续光纤激光系统的功能模块结构图。
57.附图中各标记：100、种子源光谱展宽装置；101、种子源；102、相位调制器；103、驱动模块；104、功放模块；1041、功率放大单元；1042、滤波单元；200、功率预放大模块；201、第一光隔离器；202、第一光放大器；203、第二光隔离器；204、第二光放大器；300、功率主放大模块；301、第一二极管；302、第一模场适配器；303、第二二极管；304、第二模场适配器；305、掺镱光纤；400、保偏光环形器。
具体实施方式
58.本发明提供一种种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
59.在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
60.应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
61.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
62.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
63.经发明人研究发现，当激光器功率放大过程中泵浦功率过高时，受光纤中多种非线性效应的影响，输出功率曲线进入非线性区。其中，光纤中的受激布里渊散射
(stimulated brillouin scattering，sbs)效应阈值最低，容易造成有效输出效率降低，成为限制激光器最高输出功率的瓶颈问题。为提升光纤激光器的输出功率，提出了多种抑制sbs效应的方法，如减小光场和声场重叠面积、引入增益竞争、降低数值孔径(na)、使用高掺杂光纤与相位调制展宽种子激光光谱等。2006年，a公司的研究采用减小光场和声场的重叠面积的方案，提高光纤激光放大器中的sbs效应阈值，实现高功率的光纤激光输出。基于此理论，2007年以中心波长为1064nm，输出信号功率为100mw的商用光纤激光器作为种子源，搭建了主振荡功率放大(master oscillator power amplifier，mopa)结构，利用铝、锗在二氧化硅中对声场的纵向速度存在相反的贡献，减小了声场和光场的重叠，实现了500w的光纤激光输出。
64.其中，基于相位调制展宽种子源光谱，能够降低平均入纤功率，具有操作简单、效率高的特点，成为保证高功率连续光纤激光器系统高功率输出的关键技术之一。现阶段中，种子源相位调制展宽的调制信号主要有正弦信号、白噪声源及伪随机码序等。但是，上述方案采用级联的相位调制，系统结构较为复杂，使得成本较高，并且未能获得最佳的光谱分布，不能最大化抑制sbs效应，导致最大输出功率受到限制，且白噪声为统计型光谱，自脉冲现象显著。
65.针对上述技术问题，本发明提出种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光系统，采用单个具有低带宽的相位调制器，在高调制深度下，达到传统双级级联的相位调制方案相同的光谱展宽带宽，并对sbs效应进行抑制，在化简系统结构的同时还能够降低成本，促进了光谱展宽模块的集成化设计。
66.请同时参阅图1至图5，本发明提供了一种种子源光谱展宽装置的较佳实施例。
67.如图1所示，本发明提供的一种种子源光谱展宽装置100，其包括：种子源101、相位调制器102、驱动模块103与功放模块104。其中，所述种子源101用于输出保偏窄线宽连续激光信号；所述驱动模块103与所述相位调制器102的电输入端连接，用于产生伪随机比特序列信号为所述相位调制器102提供驱动信号；所述功放模块104连接在所述相位调制器102与所述驱动模块103之间，用于对所述驱动模块103输出的驱动信号进行功率放大后输出至所述相位调制器102；所述相位调制器102的光输入端与所述种子源101连接，用于接收所述种子源101输出的保偏窄线宽连续激光信号，并通过高阶相位调制的方式对所述种子源101输出的保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。
68.具体地，所述种子源101的中心波长为1000
‑
1100nm，所述种子源101的输出功率大于等于100mw，例如，所述种子源101的中心波长可以是1040nm。所述相位调制器102的中心波长为1000
‑
1100nm，所述相位调制器102的模拟带宽为1
‑
10ghz，所述相位调制器102的最大输入功率为25
‑
33dbm，所述相位调制器102的半波电压为2.5v，例如，所述相位调制器102可以是带宽为2ghz、中心波长为1040nm的相位调制器102。所述种子源101的输出端与所述相位调制器102的光输入端通过光纤连接，所述功放模块104的输出端与所述相位调制器102的电输入端之间电连接，所述功放模块104的输入端与所述驱动模块103的输出端电连接。
69.在本实施例中，种子光谱的带宽展宽以高功率的射频信号驱动一个3db模拟带宽为2ghz的保偏相位调制器102，进而产生高阶相位调制边带来对本发明进行说明。请结合图2，如图2所示，随着调制带宽的增加，调制成本随之增加，可见带宽为2ghz的调制器在6ghz
处的半波电压仅为4v，仍小于带宽为5ghz的调制器，而在高频处的高半波电压可提升光谱展宽中的边缘陡峭度，减少带外无用功。那么，在进行光谱展宽时，所述驱动模块103产生伪随机比特序列信号作为驱动信号并输出至所述功放模块104，其后经所述功放模块104对该驱动信号进行功率放大处理后输出至所述相位调制器102，与此同时，所述相位调制器102接收所述种子源101发射出的保偏窄线宽连续激光信号，利用具有低半波电压、低宽带的相位调制器102在高调制深度下可产生高阶调制边带的优点，并以高阶相位调制的方式对并所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽处理，通过对保偏窄线宽连续激光信号进行展宽后，能够将保偏窄线宽连续激光信号的功率分摊至多根边带上，以降低谱线功率，从而能够有效抑制sbs效应，降低sbs效应的敏感度，获得较高的功率转化率，从而能够最大化高功率连续光纤激光器系统的输出功率。另外，以高阶相位调制的方式对并所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽后，对驱动信号的带宽要求降低了，因而对带宽器件的采样率要求以及功放器件的带宽要求也降低了，从而降低了系统对高速驱动信号和宽带器件的依赖。如图3所示，图3是在2.5gbps的prbs信号驱动下，通过种子源101在单级高阶相位调制深度下的展宽光谱图，根据驱动信号相位调制的原理，驱动信号的不同频率成分在经过相位调制后均能形成无穷阶边带分量，边带的幅度服从贝塞尔函数，而根据贝塞尔函数的性质，在驱动信号功率较低时，二阶以上的边带分量趋近于0，此时高阶分量可忽略；当驱动信号功率提升时，高阶分量的幅度按照阶数递增的顺序逐渐提升，并且幅度存在上限，因此适当提升驱动信号幅度后能够实现10阶以内的高阶相位调制。调制光信号的种子源101输出的保偏窄线宽连续激光信号经过高阶相位调制光谱展宽后，光谱仪测量获得的光谱图中，光谱宽带可达30ghz以上，可见，采用单级高阶相位调制即可大大扩展种子源101的带宽范围，请结合图4，图4是在2.5gbps的prbs信号驱动下，基于mopa结构的高功率光纤激光器输出功率测量图，由图4可知，激光器系统的输出功率可达700w以上，且可以理解的是，采用更高功率承受能力的激光器放大系统，理论上可以获得更高的输出功率。另外，本发明还可以达到传统双级级联的相位调制方案相同的光谱展宽带宽，不仅能够在简化结构，还能同时降低成本、降低功耗，为实现具有结构紧凑、低成本、低功耗的种子源光谱展宽模块提供的了解决方案。
70.在一个实施例的进一步地实施方式中，所述功放模块104包括：功率放大单元1041与滤波单元1042。其中，所述功率放大单元1041的输入端与所述驱动模块103的输出端连接，用于将所述驱动模块103输出的驱动信号进行功率放大处理，所述滤波单元1042的输入端与所述功率放大单元1041的输出端连接，所述滤波单元1042的输出端与所述相位调制器102的电输入端连接，用于将经所述功率放大单元1041功率放大后的驱动信号进行滤波处理，并将滤波后的所述驱动信号输出至所述相位调制器102。
71.具体地，所述驱动模块103产生的驱动信号传送至所述功率放大单元1041，经功率放大后进一步传输至所述滤波单元1042，以对功率放大后的驱动信号进行谐波滤除，避免谐波的影响，经滤波后的驱动信号输入至所述相位调制器102的电输入端(射频输入端口)。
72.在一些实施例中，所述功率放大单元1041包括：射频功率放大器，所述射频功率放大器的输入端与所述驱动模块103的输出端连接，所述射频功率放大器的输出端与所述滤波单元1042的输入端连接。在一些实施例中，所述滤波单元1042包括：低通滤波器，所述低通滤波器的输入端与所述射频功率放大器的输出端连接，所述低通滤波器的输出端与所述相位调制器102的电输入端连接。
73.具体地，所述射频功率放大器的带宽为0.01ghz
‑
3ghz，例如，可以是1ghz，所述射频功率放大器的增益为25
‑
35db，所述射频功率放大器的饱和输出功率为25
‑
33dbm。所述驱动信号的带宽10m
‑
3ghz，所述驱动信号经放大后的功率为25
‑
33dbm。所述驱动模块103输出的驱动信号经所述射频功率放大器放大后输出至所述低通滤波器，并经所述低通滤波器滤除谐波后输出至所述相位调制器102，以输出高功率的驱动信号至所述相位调制器102。
74.在一些实施例中，所述驱动模块103包括：任意波形发生器，所述任意波形发生器与所述功放模块104连接，用于产生伪随机比特序列信号作为所述相位调制器102的驱动信号。
75.具体地，所述任意波形发生器的最大采样率为12gbps(越小越好)，所述任意波形发生器输出电信号的最大峰值为1v。所述任意波形发生器采用matlab设计任意波形发生器的输出电信号为速率可控的伪随机比特序列信号作为输出至所述相位调制器102的前驱动信号。请结合图5，如图5所示，图5是速率为2.5gbps的prbs信号的时域、频域仿真图，通过matlab仿真设计2.5gbps的prbs信号，经过高增益的射频功率放大器后输入相位调制器102的射频输入端口中。
76.如图6所示，在一些实施例中，本发明还提供了一种种子源光谱展宽方法，应用于上述所述的种子源光谱展宽装置中，所述方法包括步骤：
77.s100、通过种子源输出保偏窄线宽连续激光信号；
78.s200、通过驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号并输出至功放模块；
79.s300、所述功放模块对所述驱动模块输出的驱动信号进行功率放大处理；
80.s400、相位调制器接收所述种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号以及所述功放模块输出的驱动信号，通过高阶相位调制的方式对所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。
81.具体地，所述在高驱动功率下，所述相位调制器处于较深的调制深度，能够产生高阶相位调制边带，采用1
‑
5阶的高阶边带对信号进行展宽，其中，驱动功率越高，边带功率越高，展宽光谱的带内越平坦。需要说明的是，本发明与空间光的高阶相位调制存在不同：1、本发明中的高阶相位调制是应用于光纤，两者的波段与信号传输路径均不相同，空间光是对激光信号在空间插入高阶相位，实现波束展宽功能，本发明是通过高阶相位调制的方式对种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号进行展宽；2、空间光采用高阶相位调制的方案是提升输入的光信号功率与容量，本发明采用高阶相位调制的方案是为了展宽光谱，以抑制光纤中的非线性效应；3、空间光采用高阶相位调制的方案是高阶相位调制透镜，本发明采用的方案是基于铌酸锂晶体的相位调制器，与本发明中的相位调制器是完全不同的调制器件，调制原理不同。
82.在一些实施例中，步骤s400包括步骤：
83.s401、通过调制深度调整不同边带的幅度；
84.s402、通过调节所述驱动信号的功率对调制深度进行控制，以提升高阶边带的幅度。
85.具体地，由傅里叶变换可知，任何调制信号都可以看成是无穷多个正弦信号的叠加。正弦信号是最基本的调制方式，将单频正弦信号加载到相位调制器之后，得到的信号可以表示为：
[0086][0087]
其中表示调制深度，与信号幅度以及调制器半波电压有关，其中v0表示调制信号的幅度，v
π
表示相位调制器的相位电压。ω1、ω0表示调制信号和光信号的频率，表示调制信号和光信号的相位，e
10
表示光的幅度。相位调制后的光场(1)可以按照第一类贝塞尔函数展开：
[0088][0089]
其中，n＝0，
±
1，
±2……
[0090]
由表达式(2)可知，单频激光经正弦相位调制后输出为多波长激光。各相邻波长之间频率间隔为ω1，各波长成分的振幅由式2中对应项贝塞尔函数决定，与调制信号的调制幅度δ1有关。根据贝塞尔函数的性质，不同边带的幅度可以通过调制深度来调整，但整体的边带能量分布满足贝塞尔系数的约束。通过调节驱动信号的功率从而对调制深度进行控制，将高阶边带的幅度提升，从而实现多阶相位调制，如图7所示，图7中横坐标表示调制深度，纵坐标表示振幅，当调制深度很高的时候，不同阶数边带的振幅趋近相似，即达到多阶相位调制的目的，从而能够使用更小的信号带宽实现更高的展宽带宽，因更小的信号带宽对信号发生器的采样率和功率放大器的带宽要求较低，从而能够降低成本。其中，单频相位调制中展宽光谱的谱线间隔为正弦信号的频率。
[0091]
请参阅图8
‑
图11，以频率为300mhz的单频正弦信号为例，相位调制器的半波电压为2v，载波频率假设为30ghz。在正弦信号峰峰值为1v时，载波分量略高于一阶边带分量，此时是1阶相位调制；在正弦信号峰峰值为3v时，此时是3阶相位调制；在正弦信号峰峰值为5v时，此时是5阶相位调制；正弦信号峰峰值为10v时，此时是10阶相位调制。
[0092]
请参阅图12
‑
图15，以频率范围为200
‑
300mhz、频率间隔为1mhz的等幅多频正弦信号为例，在多频信号功率为0.2w时，相位调制阶数在6阶左右；在多频信号峰峰值为0.5w时，相位调制阶数在10阶左右；在多频信号峰峰值为0.8w时，此时是15阶相位调制；多频信号峰峰值为1.2w时，此时是18阶相位调制。
[0093]
而伪随机比特序列信号(调p序列)是由多个正弦信号叠加而成，其相位调制可视为级联多个正弦信号相位调制的效果。相比于单频相位调制，伪随机比特序列信号包含多种频率成分，高频成分主要用于实现光谱展宽，而低频成分主要用于填补光谱谱线之间的间隙。伪随机比特序列信号的频率间隔低至500khz,因此展宽光谱的频率间隔也大大降低，连续性变好，光谱连续性好，则谱线的数量越多，那么每根谱线分摊的功率就越低，越不容易发生非线性效应。同时通过优化伪随机比特序列信号中不同频率成分的幅度，从而调节展宽光谱的谱形，实现光谱的矩形化，如图16所示。
[0094]
在上述技术方案中，驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号并输出至功放模块，其后经功放模块对该驱动信号进行功率放大处理后输出至相位调制器，与此同时，相位调制器接收所述种子源发射出的保偏窄线宽连续激光信号，利用具有低半波电压、低
宽带的相位调制器在高调制深度下可产生高阶相位调制边带的优点，并以高阶相位调制的方式对并所述保偏窄线宽连续激光信号进行光谱展宽处理，通过对保偏窄线宽连续激光信号进行展宽后，能够将保偏窄线宽连续激光信号的功率分摊至多根边带上，以降低谱线功率，从而能够有效抑制sbs效应，降低sbs效应的敏感度，获得较高的功率转化率，降低系统对高速驱动信号和宽带器件的依赖，从而能够最大化高功率连续光纤激光器系统的输出功率，并可以达到传统双级级联的相位调制方案相同的光谱展宽带宽，不仅能够简化结构，还能降低成本、降低功耗，为实现具有结构紧凑、低成本、低功耗的种子源光谱展宽模块提供的了解决方案。
[0095]
如图1与图17所示，基于同样的发明构思，本发明还提供了一种高功率连续光纤激光系统，其包括：
[0096]
种子源光谱展宽装置100，其包括：种子源101、相位调制器102、驱动模块103与功放模块104；其中，所述种子源101用于输出保偏窄线宽连续激光信号；所述驱动模块103与所述相位调制器102的电输入端连接，用于产生伪随机比特序列信号为所述相位调制器102提供驱动信号；所述功放模块104连接在所述相位调制器102与所述驱动模块103之间，用于对所述驱动模块103输出的驱动信号进行功率放大后输出至所述相位调制器102；所述相位调制器102的光输入端与所述种子源101连接，用于接收所述种子源101输出的保偏窄线宽连续激光信号，并通过高阶相位调制的方式对所述种子源101输出的保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。
[0097]
功率预放大模块200，与所述相位调制器102连接，用于对展宽后的保偏窄线宽连续激光信号进行预功率放大处理；
[0098]
功率主放大模块300，与所述功率预放大模块200连接，用于对所述预功率预放大处理后的保偏窄线宽连续激光信号进行功率主放大处理。
[0099]
在上述技术方案中，经所述种子源光谱展宽装置展宽后的保偏窄线宽连续激光信号通过光纤传输至所述功率预放大模块200中，以对保偏窄线宽连续激光信号进行预放大处理，其后将功率预放大处理后的保偏窄线宽连续激光信号通过以保偏光环形器400传递至所述功率主放大模块300，以对保偏窄线宽连续激光信号进行主放大处理，从而能够最大化高功率连续光纤激光器系统的输出功率，实现高功率输出。
[0100]
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述功率预放大模块200包括：第一光隔离器201、第一光放大器202、第二光隔离器203与第二光放大器204；其中，所述第一光隔离器201的输入端与所述相位调制器102的输出端连接，所述第一光隔离器201的输出端与所述第一光放大器202的输入端连接，所述第一光放大器202的输出端与所述第二光隔离器203的输入端连接，所述第二光隔离器203的输出端与所述第二光放大器204的输入端连接，所述第二光放大器204的输出端与所述功率主放大模块300连接；其中，所述第一光隔离器201与所述第一光放大器202构成以及一级功率放大单元，所述第二光隔离器203与所述第二光放大器204构成二级功率放大单元。
[0101]
具体地，所述相位调制器102输出展宽后的保偏窄线宽连续激光信号至所述功率预放大模块200，以通过所述一级功率放大单元与二级功率放大单元进行预放大以及主放大处理，从而将保偏窄线宽连续激光信号的功率逐级放大。其中，在所述第一光放大器202与第二光放大器204之间设置第一光隔离器201与第二光隔离器203，可以避免后向反射信
号的干扰。需要说明的，在一些实施例中，所述功率预放大模块200还可以增加三级功率放大单元，以进一步地逐级对保偏窄线宽连续激光信号的功率进行放大。
[0102]
在一个实施例的进一步地实施方式中，所述功率主放大模块300包括：第一模场适配器301、第二模场适配器302以及掺镱光纤303；所述第一模场适配器301的输入端与所述第二光放大器302的输出端连接，所述第一模场适配器302的输出端与所述掺镱光纤303的输入端连接，所述掺镱光纤303的输出端与所述第二模场适配器302的输入端连接。
[0103]
具体地，将所述功率预放大模块200进行功率预放大之后的保偏窄线宽连续激光信号通过保偏光环形器400传输至所述功率主放大模块300，通过所述掺镱光纤303进行功率出放大处理。其中，所述掺镱光纤303的长度为7
‑
10米，例如，可以是10米，所述第一模场适配器302与所述第二模场适配分别位于所述掺镱光纤305输入端与输出端，以提升功率耦合效率。
[0104]
在一些实施例中，所述功率预放大模块200还包括若干二极管，所述二极管用于提高功率转化效率。所述二极管、第一模场适配器301、第二模场适配器302构成双向泵浦，使得所述掺镱光纤303在双向泵浦下实现功率放大，能够进一步的提高输出功率。
[0105]
综上所述，本发明所提供的一种种子源光谱展宽方法、装置及高功率连续光纤激光系统，其中，所述种子源光谱展宽方法包括：通过种子源输出保偏窄线宽连续激光信号；通过驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号并输出至功放模块；所述功放模块对所述驱动模块输出的驱动信号进行功率放大处理；相位调制器接收所述种子源输出的保偏窄线宽连续激光信号以及所述功放模块输出的驱动信号，通过高阶相位调制的方式对所述保偏窄线宽连续激光信号进行展宽。本发明通过驱动模块产生伪随机比特序列信号作为驱动信号，并经功放模块对该驱动信号进行功率放大处理后输出至相位调制器，其后通过相位调制器接收种子源发射出的保偏窄线宽连续激光信号并以高阶相位调制的方式进行展宽处理，以达到传统双级级联的相位调制方案相同的光谱展宽带宽，能够在简化结构的同时降低成本。另外，本发明通过对种子源发射出的保偏窄线宽连续激光信号进行展宽，能够有效抑制sbs效应，从而能够最大化高功率连续光纤激光器系统的输出功率。
[0106]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。