教程：光纤激光器基础

光纤激光器：本教程概述了最常用于制造光纤激光器的技术方法。它解释了通常用于连续或脉冲光纤激光器开发的组件选择和不同架构。

PDF 版本 :光纤激光

光纤激光器原理：

光纤激光器是一种以光纤为放大介质的激光器。它是一个需要供电的有源模块（就像电子产品中的有源电子元件），它使用了稀土离子的光学放大特性。

泵浦介质通常是光纤耦合半导体激光管。两种架构可选（图 1 和 2）：

光在两个方向通过光纤放大介质的激光腔配置。
MOPA配置：（主振荡器功率放大器），其中一个振荡介质产生一个小的“种子源”信号，该信号通过光纤放大介质进行放大。

光纤激光器的关键部件：

本节介绍图 1 和图 2 中所示的不同元素。它列举了替代供应商的类别和选择。

光纤放大

与所有激光器一样，光纤激光器使用受激发射原理。大多数光纤激光器由光纤耦合元件串联而成。

与各种成分相关的光纤称为“无源光纤”。无源光纤没有放大特性。位于放大介质核心的光纤称为“有源光纤”。有源光纤掺杂有稀土元素（如铒、镱或铥），它们通过将半导体激光管泵浦功率转换为激光功率来进行受激发射。

镱 (Yb ³⁺ ) 或铒(Er ³⁺ ) 所需的泵浦波长通常为 915 或 976 nm，而 Er ³⁺的发射波长约为 1.5 µm，而 Yb ³⁺的发射波长在 1030-1100 nm 之间。

两类有源光纤可选：

当所需的半导体激光管泵浦功率与单模光纤耦合半导体激光管兼容时，可使用单包层/单模光纤（通常为<1 W）
当半导体激光管泵浦功率高于 1 W 时，使用双包层光纤。

四家享有盛誉的有源光纤制造商包括：

iX-Blue ：法国供应商
Nufern ：美国（CT）供应商
Coractive : 加拿大供应商
NKT ：丹麦供应商 [for very special PCFs – Photonics Crystal Fibers]

泵浦半导体激光管

用于光纤激光器的泵浦半导体激光管是光纤耦合器件，通常基于 AlGaAs III-V 半导体技术，在 800-1000 nm 范围内发射（最常见的是 915 或 976 nm – 参见吸收光谱图 3）。

它们可以分为两大类：

1- 单模光纤耦合半导体激光管，其中，来自小型边缘发射半导体激光管的光被聚焦到约6 µm 光纤纤芯中。这种类型的半导体激光管通常组装在蝶形封装中，并在封装中集成了一个 TEC 冷却器（现在更流行更小的外形尺寸）。这些光纤耦合半导体激光管通常能够达到 300 mW 到 1.5 W 的输出功率。它们用于泵浦单包层有源光纤（见图 4）。

915/976 nm 单模泵浦半导体激光管的主要供应商是在九十年代末开发用于电信市场的光纤放大器（EDFA：掺铒光纤放大器）业务的公司。这些供应商非常可靠，由于产量高，成本适中。

光纤激光器使用的多模光纤耦合半导体激光管通常是基于广域侧向发射的半导体激光管芯片。它也可以分为两类：

单发射器半导体激光管，其中高达 20 W 的单个半导体激光管芯片通常被耦合到 105（纤芯）/125µm（包层）半导体激光管中。
多发射极半导体激光管基于多个半导体激光管芯片，它们被耦合到一个类似的光纤中，并提供可扩展到几百瓦的功率水平。

如图 3 所示，稀土离子（如 Yb ³⁺ ）在 976 nm 处的吸收光谱很窄，需要稳定的半导体激光管吸收光谱。这种波长稳定性需要控制半导体激光管的温度，还需要半导体激光管配备一个额外的波长稳定元件。该元件通常用于单模半导体激光管（距离半导体激光管大约 1 m的特殊光纤）的 FBG（光纤布拉格光栅），或用于多模半导体激光管的 VBG（体布拉格光栅）。 VBG 本质上是一块集成到半导体激光管封装中的专用玻璃。

单模半导体激光管的价格通常在1500 美元范围内、多模单发射器500 美元、多发射器半导体激光管 2000 美元。

驱动半导体激光管时很难考虑到光纤激光器特有的所有限制和要求，这一操作需要专门的产品。以下是两款专为光纤半导体激光管驱动而设计的半导体激光管驱动器，兼容研发和全光纤激光产品集成：

AeroDIODE的中央板（链接：光纤半导体激光管驱动器）充当所有类型光纤激光器架构的控制中心。该驱动板包括 2 个单模半导体激光管驱动器和在连续和脉冲模式下工作的 TEC 控制器，以及用于光纤激光功率监测的 6 个光电二极管测量电路。
AeroDIODE 的 CCM（冷却和控制多模）（链接：高功率半导体激光管驱动器）经过全面优化，可驱动一个或多个多模泵浦半导体激光管（单晶或多晶器件），包括高功率 TEC 控制器和空气冷却装置。

光学种子源

带 MOPA 架构的光纤激光器有一个种子源模块，该部分用于确定要通过各个放大阶段放大的初始光学特性（图 2）。

光学种子源模块是光纤激光器架构的主要差异所在。多类种子源架构可选。其中包括以连续或脉冲模式驱动的半导体激光管、为外部高速调制设备供电的半导体激光管（请参阅我们的教程：光纤调制器）、特殊的 Q 开关腔、锁模腔、像微芯片一样的晶体振荡器和许多其他方法。 § III（第 9 页）中进一步描述了这些不同的种子源相关架构。本段仅描述半导体激光管直接调制部分。

如图 3 所述，只有与放大器增益介质兼容的波长才与半导体激光管种子源相关。下表给出了不同波长范围，这些波长通常由嵌入有源光纤介质中的掺杂物放大：

表 1：光纤激光器放大范围取决于有源光纤的稀土掺杂物

掺杂物	激光放大波长范围
Yb³⁺	1030-1100 nm
Er ³⁺	1530-1620 nm
TM ³⁺	1800-1900 nm
Nd³⁺	1050-1090 nm

以下是几种常见类型的半导体激光管种子源的摘要（有关更多信息，请参阅我们的光纤耦合半导体激光管详细教程）：

“标准”半导体激光管种子源是一种常见的部分反射半导体腔，它可以集成到 14引脚蝶形封装中。波长发射光谱高度依赖于附带的布拉格光栅。不带布拉格光栅情况下，发射带宽通常为 3-5 nm；带布拉格光栅的发射带宽要窄得多（~< 0.1 nm）。不带布拉格光栅的情况下，波长光谱温度调谐系数通常为 0.35 nm/°C，比带布拉格光栅时要小得多。

DFB 或 DBR 半导体激光管种子源设备吃的布拉格光栅波长稳定部分直接集成在种子源设备的半导体激光管芯片部分。这为DFB（即~10 ^-5 nm）提供了一个更窄的发射波长，通常为2 MHz，并可立即锁定波长。

在脉冲模式下使用时，这些半导体激光管可以被放大到非常高的增益水平。

半导体激光管/光纤合路器

将来自光纤耦合半导体激光管的光耦合到有源光纤中是一个复杂的过程。这对于MOPA配置来说尤其如此（图2），在这种情况下，两者都需要注入输入种子源和泵浦光源。

单模光纤耦合半导体激光管与多模光纤耦合半导体激光管在此耦合过程中使用的组件不同。

对于单模半导体激光管泵浦，通常使用两类组件：

TAP 耦合器/WDM：它们基于将两根光纤熔合在一起的原理，使两根光纤的模式可以耦合，且能达到目标性能。最小波长间隔是这里的主要限制，限制了两个不同波长能否进行良好耦合。通常需要几百纳米的差异。

薄膜 WDM（波分复用器）：当抽头耦合器不工作时可以采用这些解决方案。这些组件基于薄膜二向色滤光片技术。在组件内部时，光实际上并不在光纤中，但它可以被视为一个光纤组件。

我们很难将一个或多个多模光纤耦合半导体激光管的光与单模种子源结合起来。当使用像 PCF（光子晶体光纤）这样的特殊光纤时，这一过程变得更加困难。许多技术使用同一原理，即将几根光纤放在一个特殊的玻璃管中融合在一起。

许多亚洲供应商提供此类组件。下面列出了四家信誉良好的供应商。前两家供应商更专注于单模组件，而后两家则以多模合路器而闻名：

DK Photonics (中国)
ITF 技术（加拿大）
光通（中国）
Alphanov （法国）还有一些与复杂高功率 PCF 光纤相关的特殊组件。

反光介质/过滤介质

反射介质——布拉格光栅镜

布拉格光栅是广泛用于光纤激光器的一个关键部件，它反映了一种光纤纤芯折射率的周期性或非周期性扰动。这些通常是通过用紫外线照射锗硅酸盐光纤制成的。

布拉格光栅可以进行任何类型的反射/透射光谱，具体取决于光纤紫外照明的制造方式。

对于图 1 中描述的激光腔，布拉格光栅可提供全反射镜或部分反射镜以构建激光腔。

过滤介质 – 布拉格光栅滤波器

光纤激光器（尤其是 MOPA 配置）面临一种叫做 ASE（放大自发发射）的不良效应。这是一种双向放大效应，从低水平的光开始，与种子源光的放大相竞争。 ASE有一个和稀土掺杂物增益光谱相关的光谱。因此它非常宽，而且强度沿光纤长度非线性地增加。

由于种子源光谱通常比ASE光谱窄得多，因此沿光纤激光器长度方向添加一些过滤装置有参考价值，这样沿ASE光谱的损失就会高于这些波长的增益，但仍然允许种子源光通过。

切换介质

从历史上看，图 1（腔）和图 2（MOPA）的两种替代配置分别与连续光纤激光器和脉冲光纤激光器有关。现在情况变了，因为许多高功率连续架构使用 MOPA 放大原理，并且一些脉冲配置是在一个独立的腔中进行的，没有使用放大器。

在腔体配置中制造脉冲光纤激光器需要时间相关损耗介质，该介质既可以是可饱和吸收体（例如第 III 节中描述的 Q 开关或锁模架构原理），也可以是用于主动损耗同步的开关介质。

开关介质可以是 AOM（声光调制器）、EOM（电光调制器）或以脉冲方式驱动的 SOA（半导体光调制器）。这 3 种高速光纤调制技术在另一个教程“光纤调制器”中进行了比较。

其他组件

光纤激光器通常还包括一些监测组件，以便在每个级永久验证其功率水平。光纤光电二极管就是这样的组件。了解光电二极管如何随时间（速度）和其他参数（例如温度等）变化十分有必要。拥有详细的参数表非常实用，因为许多光电二极管技术参数彼此相似。 Lumentum公司的EPM 6xx系列有一个非常详细的10页InGaAs光电二极管数据手册。

通常，脉冲 MOPA 高功率光纤激光器至少需要 5 个光电二极管，这些光电二极管参与光纤激光监测以及各种安全和内部联锁：

一个光电二极管来控制种子源的平均功率
一个快速光电二极管用来“监测”种子源脉冲，并在缺少脉冲时启动快速保护措施。
在控制平均功率的每个阶段都有1个光电二极管，尤其是在脉冲拾取元件的两侧（如果它是激光器的一部分）
一个“BRM”（背向反射监测器）控制返回光纤激光器的功率
1 个或 2 个输出光电二极管（当功率水平不允许使用光纤设备时，可使用光纤或不使用光纤）。

所有这些光电二极管都参与了一些特殊的启动和关闭程序，以避免光纤激光器被损坏。

在单级或多级MOPA配置中，需要很好地控制主要破坏性影响。这一影响源自潜在的情况，即当激光种子源没有发射光时，泵浦半导体激光管仍处于开启状态。这会立即产生巨大的脉冲，在光纤激光器内造成永久性损坏。

AeroDIODE的中央板有大约50种特殊的电子功能，与上述所有光纤激光器组件互联，可以制造出以下任意类型的光纤激光器架构：

光纤激光器架构：

介绍

下面显示的各种架构旨在为读者提供一个典型约束的概述，这些约束决定了部分典型的光纤激光器架构。由于有不同的架构，所以必须使用像RP光纤电源这样的良好仿真软件来确定最佳架构。

为清楚起见，下图中未显示隔离器（在每个级）和监测光电二极管。

连续光纤激光器

CW光纤激光器通常是由一个端部泵浦的简单布拉格光栅为基础的腔体制成的，当有特殊要求限制光学输出特性（如波长等）时，会带有一些放大级。

典型的连续光纤激光器架构如下图 14 所示。多泵腔用于产生高功率水平。一般来说，建议使用一根较长的光纤。以最大限度地吸收并避免光栅两侧的任何残留光，这些残留光可能来自另一侧的泵浦。

选择较长的光纤会降低有源光纤内的整体反转水平。如图 3 所示，吸收和发射的综合效应使 Yb ³⁺的最有利发射区域在 1030 和 1100 nm 之间，具体取决于离子数的反转比。反转水平越低，波长增加越多。这就是为什么 KW 级连续光纤激光器的波长一般高于 1080 到 1100 nm 的原因。

典型的高功率光纤激光器如图 15 所示。使用种子源半导体激光管光源并且需要多个放大级才能达到高功率水平。一般需要使用模式剥离器来去除有源光纤后的残余泵浦功率。通常还需要使用一个或多个 ASE 滤波器，来消除放大的自发发射并保持良好的信噪比。

脉冲光纤激光器（毫秒/微秒范围）

当应用高泵浦功率时，Yb ³⁺离子的粒子数反转时间尺度通常在 20-200 微秒之间（通常约为 Yb ³⁺寿命的 10%）。这意味着，要想获得比这一范围更长的脉冲时，泵浦功率可以通过电子脉冲实现，并且在这些脉冲中实现与连续激光器相同的表现。这意味着用于毫秒或微秒光纤激光器的典型光学架构与连续光纤激光器相同。只有整体热特性不同，在设计低占空比光纤激光器时才可能需要选择不同的组件。

脉冲光纤激光器（纳秒范围）

当人们想要产生 1 ns-10 µs 范围内的短脉冲时，我们就进入了纳秒脉冲光纤激光器的世界。

如上所述，Yb ³⁺离子的特性不足以通过调节泵浦功率来产生这样的脉冲。因此，有必要保持持续的泵功率，并找到一种不同方式产生脉冲的方法。

在这里我们可以与马桶冲水类比。光学泵浦是指水进入冲水箱的过程，通过一种技术使其以所需频率冲水（在该比较中，冲水就是光脉冲）。通过比较，我们可以了解一些重要元素：

在考虑连续泵浦（连续水流）时，可以想象需要最低冲洗频率，否则连续流入的水会溢出。光纤激光器的最低频率通常为 5 kHz。低于此频率，一些 ASE 功率开始在脉冲之间从光纤中流出。

另一个重要参数是有源光纤中的离子数量。这个数字与每个脉冲可获得的绝对最大能量直接相关（马桶水箱的大小决定了可获得的绝对最大水量，而由于分离机制使水停止注入马桶，所以往往获得的水量较少）。
最新一代的光纤激光器电子电路被用来在MOPA（放大）纳秒光纤激光器架构中应用泵浦脉冲（见§IV中对这种电子电路的描述）。同样，与马桶冲水类比，当考虑水箱填充的两种影响时，水箱填充的开始和停止与冲洗以填充马桶的动作分开。

如开头所述（图 1 和图 2），有两种不同的架构：单光纤激光腔和 MOPA（主振荡器功率放大器）。除了单腔Q开关结构外，大多数纳秒光纤激光器结构都是基于MOPA结构的。

Q开关纳秒光纤激光器

当一个专门的快速开关/调制元件被集成到光纤激光器腔中时，就会得到Q开关光纤激光器。该组件可以是在脉冲模式下驱动的 AOM（声光调制器）、EOM（电光调制器）或 SOA（半导体光调制器）。有关此类组件的详细说明，请参阅我们的教程：“光纤强度调制器”。将组件切换到低损耗水平通常会释放几纳秒的高能量脉冲。

Q 开关架构的示例如图 18 所示。快速 AOM 用于应用损失。

这种架构的优点是它非常简单，因为它只需要很少的组件。缺点是模块化和控制光学参数的能力相当低。

MOPA 纳秒光纤激光器

目前销售的大部分雕刻光纤激光器都是基于这种架构。例如，1064 nm 的种子源半导体激光管由一些专门的快速电流脉冲电子电路产生脉冲，然后被不同级的有源光纤放大。一个典型的放大级会产生10到20dB的增益。超过这个增益水平，一些不需要的ASE（放大自发辐射）效应会放大不需要的波长。因此，希望有一个多级放大器，每级之间有ASE滤波器，而不是将某一级的放大增益最大化。

纳秒光纤激光器的重要影响

在考虑脉冲半导体激光管的光纤激光放大时，需要考虑四个重要影响：

半导体激光管增益切换效应：当向半导体激光管施加电流时，一定量的能量会存储在增益介质中。该能量随后在脉冲的初始部分（皮秒范围）以短脉冲的形式实现。该脉冲通常约为 100 ps 脉冲持续时间。这个短脉冲可以被看作是一个机会，例如当试图产生非常短的脉冲时，或者在考虑将纳秒范围脉冲放大到高能级时被看作一个问题时（图 20 显示了在使用 AeroDIODE 脉冲半导体激光管驱动器时，生成了具有增益开关峰值的典型 3 ns 脉冲） AeroDIODE 脉冲半导体激光管驱动器).

脉冲半导体激光管发射光谱的演变：当直接脉冲通过半导体激光管时，用户应考虑到两种不理想的光谱效应：

- 1- 第一个与半导体激光管“锁定”到其布拉格锁定元件所需的时间相关。这种锁定对于 DFB 来说是即时的，但对于基于布拉格光栅的半导体激光管来说，往往需要超过 100 纳秒的时间。也就是说，当半导体激光管脉冲布拉格光栅稳定时，第一纳秒产生宽发射光谱，就像没有布拉格光栅一样。一些供应商提供了一种“布拉格光栅靠近芯片”的折中解决方案，只需几纳秒即可锁定元件。

- 2- 另一个不可避免的影响来自频率/相位谱和强度分布的耦合。更具体地说，发射光谱随脉冲长度而变化，这有时会成为一个问题。例如，SOA 外部调制提供了一种智能解决方案来避免这种影响。请查看我们的教程：光纤强度调制器基础，详细比较四种常用的外部调制激光技术。

脉冲形状的变形：当考虑具有高增益多级配置的 MOPA 光纤激光器架构时（如图 17 所示），有源光纤增益取决于掺杂物数量反转水平。这些电平在脉冲持续时间内减少。

因此，脉冲会发生变形，这使得输出端无法获得漂亮的方形脉冲形状。一些脉冲半导体激光管驱动器可以调整给定脉冲的形状，以预补偿这种效应，并在最后放大级的输出处达到所需的脉冲形状。

光纤非线性效应：光纤放大器将光集中在一个小直径的纤芯中，能够将功率密度提高到一个较高水平。当考虑高脉冲峰值功率时，这可能成为一个主要问题，因为在超过一定的峰值功率和光谱密度时会出现许多光学非线性效应。这些效应，如 SBS（受激布里渊散射）或 SRS（受激拉曼散射），往往会扩大发射光谱和脉冲持续时间。 SBS 是一种非线性地取决于光谱密度的效应。在使用纳秒脉冲时，要想达到更高功率，可以选择更宽的发射种子源用来避免窄谱宽 DFB。另一种解决方案是使用 EOM（电光）相位调制器。这拓宽了发射光谱，同时保持了 DFB 良好的光谱稳定性。

AeroDIODE的中心板有一个半导体激光管通道，为低噪声的CW驱动而优化，还有一个通道，为CW和纳秒短脉冲而优化。它还有许多与光纤激光器相关的功能，例如多个光电二极管输入。中央板充当光纤激光器的“控制中心”。中央板还能够处理脉冲泵浦功能，可以帮助设计低重复率、高能量系统。请查看此产品页面：光纤半导体激光管驱动器。

脉冲整形器板是 AeroDIODE的另一款驱动器，它可以解决上述四个问题中的两个：它可以预补偿脉冲形状并提供特殊的增益开关抑制功能。由于其内部 AWG（任意波形发生器）每500ps产生一个动态范围为48dB的电流强度值，因此可以将波形调整到非常短的脉冲宽度。它还包含 3 个脉冲延迟发生器输出。请查看此产品页面：高速半导体激光管驱动器。

CCM 模块是 AeroDIODE 提供的第三款半导体激光管驱动器。这款高功率驱动器可以控制上述所有光纤激光器架构中的多模单发射极和多发射极半导体激光管。它适用于驱动一个或多个多模泵浦半导体激光管（单个元件或多个元件），这些激光管中配有风冷装置的高功率 TEC 控制器。它包含许多功能，可在优化和紧凑的风冷装置中驱动这类激光器。见产品页面：高功率半导体激光管驱动器。

脉冲光纤激光器（皮秒范围）

皮秒光纤激光器在 10 皮秒到 1 纳秒的脉冲宽度范围内工作。这些不属于“超快”范围。超快一般与产生低于10皮秒的脉冲宽度的特殊架构有关，最常见的是飞秒范围。

这些皮秒激光器与图 17 中描述的 MOPA 纳秒光纤激光器架构非常相似。唯一的主要区别来自种子源，因为很难通过直接脉冲半导体激光管来获得非常短的脉冲。因此，我们可以将皮秒光纤激光器架构分为 3 类：

增益开关控制的直接半导体激光管种子源

获得皮秒光纤激光器的最简单配置是使用半导体激光管的增益开关效应（见上文）。这种效应发生在光脉冲的前100皮秒，当一个短的电子脉冲被施加到半导体激光管时（见图18）。 Picoquant或NKT（前 Onefive ）等公司经常在放大之前使用该效应。

使用增益切换方法很难获得稳定的脉冲。这限制了半导体激光管的选择、半导体激光管集成（光纤耦合）和驱动器电子性能。这些半导体激光管达到的能量通常约为 10 皮焦，因此达到 1 mJ 需要 80 dB 增益。已知典型的放大器级增益约为 15 dB，它需要大约 5 级放大，每个级必须包含所有隔离器、ASE 滤波器和半导体激光管泵，这种方法被用来创建皮秒光纤激光器。

外部调制种子源：

实现短脉冲的另一种方法是使用非常快的外部光纤调制器，如我们的教程“光纤调制器基础”中描述的 EOM（电光调制器）。通过脉冲光源半导体激光管可以克服此类组件的峰值功率限制。在任何情况下，该方法都会造成损耗，具体表现为每个种子源脉冲的能量非常低，从而导致放大步骤损失严重。

微芯片种子源：

为光纤激光器制造短脉冲种子源的第三种方法是利用晶体腔的Q开关效应。这些元件使用带有可饱和吸收体的晶体增益介质（例如 Nd:YAG 或 Nd:YVO4）。

“微芯片种子源”组件在历史上一直用于产生纳秒脉冲（以 Cr4+:YAG 作为可饱和吸收体），在给定的重复频率下通常产生 3-10 ns 的脉冲。

最近，人们利用半导体技术开发了非常快速的可饱和吸收体。这些被称为 SESAM（半导体可饱和吸收介质）。像Batop提供的组件现在被广泛使用，产生的脉冲小于 30 皮秒。 808 nm 泵浦通常用于 Nd ³⁺泵浦。在 100 纳秒范围内对泵进行脉冲是控制重复率的一个好方法。

脉冲光纤激光器（飞秒范围：“高速”）

本教程中讨论的最后一类光纤激光器将我们带入非常复杂的高速激光器世界。高速激光器的脉冲宽度通常在 10 飞秒到 10 皮秒之间。

由于激光-物质效应是“无热的”，因此这些源现在对许多激光-物质相互作用应用具有重要意义。物质直接从固态转变为等离子态，而不经过液态。这提供了非常高的加工分辨率，现在被广泛用于半导体、眼科手术和智能手机行业。

这里也使用了典型的放大 MOPA 架构。然而，还需要考虑两个重要原则：

锁模原理是种子源“振荡器”的基础：

海森堡原理指出，放大光谱带宽和脉冲持续时间的乘积不能低于给定值。也就是说，超短脉冲即宽光谱发射带宽。 100 的飞秒脉冲意味着 10 纳米的光谱带宽。超短激光器具有宽发射带宽和许多空腔共振模。

只有当各种模式都处于同相位时，给定的发射模式组合的傅里叶变换才会得到一个超短脉冲。因此，制造超短脉冲激光器包括建立一个宽放大腔，并添加一些元件，然后通过调制腔内的损耗使腔模同相发射。可以使用有源调制器，例如 AOM（声光调制器）或 EOM（电光调制器）。 SESAM（半导体可饱和吸收介质）等无源版本通常是构建基于工业光纤激光器的极速振荡器的最佳解决方案。

锁模腔在腔体长度和超短脉冲重复率之间有直接关系。典型的锁模振荡器的脉冲重复率在 1-100 MHz 范围内。

光学参量啁啾脉冲放大 (OPCPA)：

放大锁模振荡器信号需要放大超短脉冲的高频信号。它主要有三大困难：

1. 首先，如果想要获得足够的能量来对物质产生影响（即超过 1 微焦耳），保持 50 MHz 的重复频率需要 50 W，这可能需要数百瓦的泵浦功率才能对物质产生很小的影响。因此，可以通过挑选一些脉冲并将重复率降低到 kHz 范围的办法来降低振荡器的脉冲重复率。

高速振荡器通常在 MHz/nJ 范围内，而用于激光微加工的放大激光器通常在 kHz/µJ 范围内。

脉冲拾取通常由光纤或非光纤 AOM（声光调制器）操作。

AeroDIODE 开发了一种用于脉冲拾取同步的通用工具。设计者可以用所需的低频率产生一个触发门，与来自光电二极管的输入时钟信号同步。

2. 其次，放大超短脉冲会产生两个后果。考虑晶体放大器时，峰值功率很快达到损坏阈值。在考虑光纤放大器介质时，一些非线性效应会迅速破坏脉冲特性。因此，有必要以这样一种方式拉伸脉冲宽度，以便在放大处理之后可以返回到短脉冲。在这种情况下使用的效果被称为“色散”。它通过耦合其光谱和时间特性（脉冲开始时的一种“颜色”和脉冲结束时的另一种“颜色”）来拉伸脉冲。在放大之前可以使用一种特殊的“空心”光纤来拉伸脉冲，而空间光栅通常用于压缩放大的脉冲并高速放大脉冲。

3. 第三，光纤内的超短脉冲宽度非常迅速地产生非线性效应，所有的高速放大光纤激光器都结合了一些光纤部分和一些非光纤部分。一个好的非线性效应模拟软件，比如Fiberdesk在这里是必要的。

一个模块化光纤激光器电子设备，用于制造所有光纤激光器的架构：

AeroDIODE 开发了一系列电子驱动器，几乎可以构建上述任何光纤激光器架构。这些驱动器可以一起通信，并且可以控制任意类型的半导体激光管和许多脉冲或CW模式的光电二极管。该设计是为了使它们能简单地集成到一个紧凑的原型中。这使设计人员能够更快地获得光纤激光器产品和开发时间框架。