專利名稱：高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超短激光脈沖，特別是ー種高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可高效率地輸出可調(diào)節(jié)、高重復(fù)頻率和超短脈沖激光。
背景技術(shù)：
目前，常用的高頻超短激光脈沖產(chǎn)生方法一般有兩種。第一種是傳統(tǒng)的鎖模技木。這種方法由于受到光學(xué)元件尺寸和調(diào)制器件響應(yīng)時(shí)間的限制，重復(fù)頻率很難達(dá)到GHz。而且這種方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能輕易改變超短激光脈沖寬度和重復(fù)頻率。第二種是利用高頻光電開關(guān)直接對(duì)連續(xù)單縱模激光進(jìn)行斬波。這種技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)超短激光脈沖寬度和
重復(fù)頻率的調(diào)節(jié)。但是受到光電器件性能的影響，最窄脈寬只能達(dá)到ー百多皮秒左右。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，在2009年4月13日第17卷第8期的光學(xué)快報(bào)(Optics Express)上有一篇名為 “Generation of high repetition rate femtosecondpulses from a Cff laser by a time-lens loop”(連續(xù)激光基于時(shí)間透鏡環(huán)產(chǎn)生高頻飛秒脈沖)的論文，介紹了ー種基于直接相位調(diào)制、時(shí)分復(fù)用和光柵壓縮技術(shù)產(chǎn)生高重頻飛秒脈沖的方法。但是該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要對(duì)多個(gè)光學(xué)元件進(jìn)行精密調(diào)控。該現(xiàn)有技術(shù)是通過鎖模技術(shù)產(chǎn)生超短脈沖，通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)來提高脈沖的重復(fù)頻率。因?yàn)橄到y(tǒng)中間使用到了鎖模技術(shù)和時(shí)分復(fù)用技術(shù)，這就要求系統(tǒng)具有極高的同步精度控制能力；而且光纖中光束的鎖模是很難實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以直接由兩個(gè)光電開關(guān)產(chǎn)生脈寬較短的高重頻激光脈沖，而且可以將經(jīng)過相位調(diào)制的兩路或多路光脈沖合束，產(chǎn)生更短的激光脈沖。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，采用單縱模激光器作為光源，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括沿單縱模激光器輸出的脈沖光方向依次設(shè)置的第一光電開關(guān)、第二光電開關(guān)、第一摻鐿光纖放大器、光纖分束器、光纖合束器和第二摻鐿光纖放大器；任意波發(fā)生器的輸出端分別與所述的第一光電開關(guān)、第二光電開關(guān)、第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、___、和第N相位調(diào)制器相連；所述的光纖分束器將經(jīng)第一摻鐿光纖放大器輸出的脈沖光分為N路光束,其中N為大于I的正整數(shù)，沿第I路光束方向設(shè)有第一相位調(diào)制器，沿第2路光束方向依次設(shè)有第二相位調(diào)制器和第二延時(shí)線，—，沿第N路光束方向依次設(shè)有第N相位調(diào)制器和第N延時(shí)線，所有N路光束通過所述的光纖合束器合并為一束光束，再經(jīng)第二摻鐿光纖放大器放大后輸出。所述的單縱模激光器的頻譜帶寬小于ΙΟΟΚΗζ，輸出最大功率為lOOmw。所述的第一摻鐿光纖放大器和第二摻鐿光纖放大器為可調(diào)諧放大器，放大范圍為(T25dB，最大輸出功率為5W。所述的光纖分束器的分束比例為I :1 :……I，消光比彡18dB，帶寬15nm。所述的相位調(diào)制器的半波電壓4V，3dB帶寬大于IOGHz。本發(fā)明系統(tǒng)包括兩部分。第一部分，利用光電開關(guān)的斬波性能，通過兩個(gè)光電開關(guān)對(duì)單縱模連續(xù)激光的錯(cuò)位削波，實(shí)現(xiàn)高重頻超短激光脈沖的輸出，然后通過光纖放大器對(duì)斬波過程中損失的能量進(jìn)行補(bǔ)償。光電開關(guān)還可以調(diào)制出任意形狀的光脈沖包絡(luò)。第二部分創(chuàng)新性的采用分束一相位調(diào)制ー合束技術(shù)，通過對(duì)兩路或多路光束進(jìn)行適當(dāng)?shù)南辔徽{(diào)制后再合束的技術(shù)，利用干渉原理壓縮激光脈沖。首先利用分束器將激光脈沖分成完全相同的幾路光束。然后使用振幅相同、相位差恒定的兩個(gè)或多個(gè)相位調(diào)制器對(duì)各路光束分別進(jìn)行相位調(diào)制。為保證各路光束同時(shí)經(jīng)過合束器進(jìn)行合束，在系統(tǒng)的各路光束中使用延時(shí)線。
N路光脈沖合束得到脈沖強(qiáng)度隨時(shí)間的變化為=で/2)ノ )2，其中ItlU)為分
束前光脈沖強(qiáng)度，Δφ⑴為相鄰光路的相位調(diào)制函數(shù)差。通過選擇合適的相位調(diào)制函數(shù)，就可以得到脈寬遠(yuǎn)小于分束前脈沖寬度的超短激光脈沖。最后使用放大器對(duì)合束出來的脈沖光束進(jìn)行放大，進(jìn)而產(chǎn)生出具有一定能量的高重頻超短激光脈沖。相位調(diào)制函數(shù)可以是正弦函數(shù)、線性、二次函數(shù)等任意函數(shù)，或其時(shí)間序列組合?？梢圆捎萌魏魏铣煞绞剑珩R赫ー曾特干涉儀、邁克爾遜干涉儀、法布里一泊羅腔
坐寸ο與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是利用全新的方法產(chǎn)生高重頻超短激光脈沖，并且其脈沖寬度、重復(fù)頻率、脈沖形狀任意可控。


圖I是本發(fā)明聞重頻超短激光脈沖系統(tǒng)的實(shí)施例I的光路意圖。圖2是雙光電開關(guān)削波示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。圖I是本發(fā)明聞重頻超短激光脈沖系統(tǒng)的實(shí)施例I的光路不意圖。由圖可見，本發(fā)明高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，采用單縱模激光器I作為光源，其構(gòu)成還包括沿單縱模激光器I輸出的脈沖光方向依次設(shè)置的第一光電開關(guān)2、第二光電開關(guān)3、第一摻鐿光纖放大器4、光纖分束器5、光纖合束器8和第二摻鐿光纖放大器9 ；所述的光纖分束器5將經(jīng)第一摻鐿光纖放大器4輸出的脈沖光分為N路光束,其中N為大于I的正整數(shù)，沿第I路光束方向設(shè)有第一相位調(diào)制器61，沿第2路光束方向依次設(shè)有第二相位調(diào)制器62和第二延時(shí)線72，___，沿第N路光束方向依次設(shè)有第N相位調(diào)制器和第N延時(shí)線,所有N路光束通過所述的光纖合束器8合并為一束光束,再經(jīng)第二摻鐿光纖放大器9放大后輸出；任意波發(fā)生器10的輸出端分別與所述的第一光電開關(guān)2、第二光電開關(guān)3、第一相位調(diào)制器61、第二相位調(diào)制器62、___、和第N相位調(diào)制器61相連。單縱模激光器I的頻譜帶寬小于ΙΟΚΗζ，輸出最大功率為lOOmw。第一摻鐿光纖放大器和第二摻鐿光纖放大器為可調(diào)諧放大器，放大范圍為(T25dB，最大輸出功率為51所述的光纖分束器5的分束比例為1:1:……1，消光比彡18dB,帶寬15nm。相位調(diào)制器的半波電壓4V，3dB帶寬大于IOGHz。單縱模光纖激光器、第一光電開關(guān)、第二光電開關(guān)、摻鐿光纖放大器依次連接。單縱模激光器產(chǎn)生的連續(xù)激光輸入到由重復(fù)頻率1GHz、占空比35%的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)的光電開關(guān)一中，連續(xù)激光被斬為與驅(qū)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)的方波光脈沖。光電開關(guān)ニ由與光電開關(guān)一相、同的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，但是其驅(qū)動(dòng)電脈沖有一定的延時(shí)，如圖2所示。經(jīng)過兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的錯(cuò)位削波就可以得到重復(fù)頻率為IGHz的超短激光脈沖。超短脈沖經(jīng)過摻鐿光纖放大器后被輸入到分束比為I :1的光纖稱合器中，被分為兩束完全相同的方波脈沖。然后姆束光都分別被相位調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制。兩個(gè)相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)大小相同，相位相差180度。為了保證兩路光的同歩合束，在一條光路中使用延時(shí)線對(duì)脈沖進(jìn)行精確控制。然后使用合束比1:1的合束器將兩束具有特定相位的信號(hào)進(jìn)行合束，得到高重頻的超短脈沖I (t) = 2I0(t)(cos(A φ (t)/2))2，其中IQ(t)為分束前光脈沖強(qiáng)度，Δφ⑴為兩個(gè)相鄰調(diào)制相位函數(shù)的差。當(dāng)取相位調(diào)制函數(shù)Φ (t) = ±2sin(2Ji*3*109*t)時(shí)，可以將半高寬150ps的激光脈沖壓縮到40ps。最后經(jīng)過摻鐿光纖放大器放大，輸出具有一定能量的、高重頻超短激光脈沖。其中光電開關(guān)一和光電開關(guān)二分別接受由任意波形發(fā)生器(ArbitraryWaveform Generator,簡稱為AWG)產(chǎn)生的方波信號(hào)；兩個(gè)相位調(diào)制器接受由AWG產(chǎn)生的相位相反的高頻信號(hào)。所述的單縱模激光器，頻譜帶寬小于ΙΟΟΚΗζ，輸出最大功率為lOOmw。所述的光電開光的插入損耗< 3dB,開關(guān)速度< IOOps,半波電壓為4V,最高工作頻率為IOGHz。所述的摻鐿光纖放大器,為可調(diào)諧放大器,放大范圍為(T25dB，最大輸出功率為5W。所述的光纖分束器，分束比例為50/50，消光比彡18dB，帶寬15nm。所述的相位調(diào)制器，半波電壓4V，3dB帶寬大于IOGHz。所述的光纖延時(shí)線，延時(shí)線總長度為300ps、精度為lps。所述的AWG采樣率為12GS/s，帶寬為10GHz，輸出信號(hào)上升/下降沿為75ps，2路獨(dú)立模擬輸出，4路獨(dú)立數(shù)字輸出。如果本系統(tǒng)分束、合束的光路多于兩路，只要相位選取適當(dāng)，可以產(chǎn)生只有幾個(gè)ps的激光脈沖。
權(quán)利要求
1.一種高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，采用單縱模激光器(I)作為光源，特征在于其構(gòu)成還包括錯(cuò)位削波機(jī)構(gòu)和分束一相位調(diào)制一合束的脈沖壓縮機(jī)構(gòu)，所述的錯(cuò)位削波機(jī)構(gòu)由第一光電開關(guān)(2)和第二光電開關(guān)(3)串聯(lián)構(gòu)成,所述的脈沖壓縮機(jī)構(gòu)包括光纖分束器(5)、任意波發(fā)生器(10 )、相位調(diào)制裝置和光纖合束器(8 ); 沿所述的單縱模激光器(I)輸出的脈沖光方向依次設(shè)置的第一光電開關(guān)(2)、第二光電開關(guān)(3)、第一摻鐿光纖放大器(4)、光纖分束器(5)、相位調(diào)制裝置、光纖合束器(8)和第二摻鐿光纖放大器(9)； 所述的光纖分束器(5)將經(jīng)第一摻鐿光纖放大器(4)輸出的脈沖光分為N路光束,其中N為大于I的正整數(shù)，沿第I路光束方向是第一相位調(diào)制器(61)，沿第2路光束方向依次設(shè)有第二相位調(diào)制器(62)和第二延時(shí)線(72)，___，沿第N路光束方向依次設(shè)有第N相位調(diào)制器和第N延時(shí)線； 任意波發(fā)生器(10)的輸出端分別與所述的第一光電開關(guān)(2)、第二光電開關(guān)(3)、第一相位調(diào)制器(61)、第二相位調(diào)制器(62)、___、第N相位調(diào)制器的控制端相連，為其工作提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并通過輸出不同的信號(hào)，控制各器件的工作狀態(tài)； 該任意波發(fā)生器(10)輸出的激光脈沖同時(shí)輸入所述的第一相位調(diào)制器(61)、第二相位調(diào)制器(62)、___、和第N相位調(diào)制器經(jīng)相位調(diào)制的所有N路光束通過所述的光纖合束器(8)進(jìn)行相干合束,再經(jīng)第二摻鐿光纖放大器(9)放大后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，其特征在于所述的單縱模激光器(I)的頻譜帶寬小于lOOKHz，輸出最大功率為lOOmw。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，其特征在于所述的第一摻鐿光纖放大器和第二摻鐿光纖放大器為可調(diào)諧放大器，放大范圍為0 25dB,最大輸出功率為5W。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，其特征在于所述的光纖分束器(5)的分束比例為I 1 ……1，消光比彡18dB，帶寬15nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，其特征在于所述的相位調(diào)制器的半波電壓4V，3dB帶寬大于IOGHz。
全文摘要
一種高重頻超短激光脈沖系統(tǒng)，采用單縱模激光器作為光源，包括錯(cuò)位削波機(jī)構(gòu)和分束－相位調(diào)制－合束的脈沖壓縮機(jī)構(gòu)，錯(cuò)位削波機(jī)構(gòu)由第一光電開關(guān)和第二光電開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成，所述的脈沖壓縮機(jī)構(gòu)包括光纖分束器、任意波發(fā)生器、相位調(diào)制裝置和光纖合束器。本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，不僅可以直接由兩個(gè)光電開關(guān)產(chǎn)生脈寬較短的高重頻激光脈沖，而且可以將經(jīng)過相位調(diào)制的兩路或多路光脈沖合束后，產(chǎn)生更短的高重頻超短激光脈沖信號(hào)，且脈沖的寬度、重復(fù)頻率和脈沖波形都任意可調(diào)。
文檔編號(hào)H01S3/11GK102664343SQ20121016298
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者徐劍秋, 王世偉, 鄭君 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)