CN106575849A - 超短光脉冲的发生方法及发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及超短脉冲发生方法及发生器。在发生器的光学回路内形成的超短光脉冲的一次往返包括这些步骤：光脉冲的放大；由于光学透明介质中的光学克尔效应，放大光脉冲的光谱展宽；通过使用第一光谱敏感性光学元件，光谱展宽光脉冲的预定光谱成分的选择；随后再次进行：所选择的光脉冲的放大，由于光学透明介质中的光学克尔效应，所放大的光脉冲的光谱展宽，通过使用第二光谱敏感性光学元件，选择光谱展宽光脉冲的预定光谱成分，在此使用第一光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的光谱成分不同于使用第二光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的光谱成分。

Description

超短光脉冲的发生方法及发生器
技术领域
所提出的发明涉及激光技术领域，尤其是涉及一种由于放大光脉冲的光谱展宽而发生超短光脉冲的方法和发生器，这是由光脉冲在脉冲发生器不同部分的双光谱分离以及光学透明材料中的光学克尔效应所致。
背景技术
现有已知的超短脉冲的发生方法和设备，基于纵向激光的锁模来进行操作，在此通过使用可饱和吸收器来实现锁模，该可饱和吸收器由相关聚合物和碳纳米管的混合物所包裹的光导纤维锥形分段构成。通过光导纤维锥形分段传播的光进入外边并且与碳纳米管相互作用。由于碳纳米管独特的特性，可饱和吸收和锁模是可能的。已知的方法和设备在美国专利申请US2011/0280263A1,2011中所述。
这一方法和设备的缺点在于基于碳纳米管和聚合物混合物的可饱和吸收器，类似于可饱和半导体吸收体(SESAM)，往往会降解。由于这一不利的特征极大限制了一次往返器的寿命。此外，使用这一方法，由于碳纳米管不合适的光谱、时间和能量特点，有时不能实现锁模。
现有已知的超短脉冲的发生方法和设备，基于纵向激光的锁模来进行操作，在此由于光导纤维中的光学克尔效应，通过非线性极化旋转效应来实现锁模，在此由于光学透明材料内的光学克尔效应，通过自相位调制所致的光谱展宽脉冲的光谱滤波，在具有正常色散的谐振器内形成脉冲。因为光谱滤波，在一次往返器的谐振器内产生特别啁啾的皮秒脉冲，并且在一次往返器输出处，激光脉冲可被压缩至飞秒周期。已知的方法和设备在美国专利申请US2010220751A1,2010中所述。
这一已知方法和设备的缺点在于受到任何外部干扰很不稳定，对环境温度波动敏感以及只适合在实验室的条件下使用。即使这样，所生成脉冲的参数常常是不可预期的，因为锁模是使用非偏振保持光导纤维来实现的。
待解决的技术问题
本发明的目的在于提高所发生的超短光脉冲输出功率的稳定性、光学机制的可靠性及简易性、抗外部环境干扰性、抗老化降解性，以及降低成本。
发明内容
为了解决上述问题，根据所提出的生成超短光脉冲的方法，其中在发生器光学回路内形成超短光脉冲的一次往返，脉冲在闭式轨迹中传播，包括以下步骤：光脉冲的放大；由于光学透明材料中的光学克尔效应放大的光脉冲的光谱展宽；光谱展宽的光脉冲的光谱成分的选择，其使用第一光谱敏感性光学元件，其中执行不同波长的所展宽的光脉冲的双光谱选择。第一光谱敏感性光学元件选择预定波长的光脉冲，而其他波长的光脉冲被引导离开发生器的光学回路；使用第一光谱敏感性光学元件，所选择的预定波长的光脉冲可以再次被放大，并且由于其他光学透明材料或上述的光学透明材料中的光学克尔效应还可以进行第二次光谱展宽；通过选择预定波长的光脉冲，使用第二光谱敏感光学元件，对于第二次的光谱展宽光脉冲被分成光谱成分，而其他波长的光脉冲被引导远离发生器光学回路，其中使用第一光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的预定波长不同于使用第二光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的预定波长，其中操作顺序的循环是通过光脉冲在发生器光学环中的传播和超短光脉冲的生成的重复而形成。
在闭式轨迹中，所述光脉冲可以沿圆形传播并且形成超短光脉冲发生器的环型光学回路。
在闭式轨迹中，所述光脉冲的传播轨迹可能是线性型的，光脉冲在相同重叠的轨迹中向前和身后传播，并且其形成超短光脉冲发生器的线式光学回路。
根据本发明的另一个实施例，提出了一种超短光脉冲发生器，其包括光学回路，在其中设有：至少一个光脉冲放大器；至少一个具有光学克尔效应光学透明材料；光谱敏感性光学元件；将光脉冲从光学回路中提取出来的装置以及被设计用于在光学回路中输入种子脉冲的装置，其中设有两个光谱敏感性光学元件，其被设计用于选择预定波长的光脉冲，在此通过使用第一光谱敏感性光学元件选择的预定波长不同于通过使用第二光谱敏感性光学元件选择的预定波长，其中具有光学克尔效应光学透明材料以及光学放大器，被设置于光谱敏感性光学元件之间的超短光脉冲发生器的光学回路中，其中第一和第二光谱敏感性光学元件以此方法进行挑选：它们的选择的光谱没有重叠直到光脉冲光谱在上述光学透明材料的至少一个中被展宽或它们的选择重叠的光谱直到在光学回路中所形成的激光谐振器由于光谱重叠导致的损耗高于其放大，将光脉冲从光学回路中提取出来的装置被设计用于提取光脉冲的其他波长而不是被光谱敏感性光学元件所选择的预定波长。
发生器的光学回路可以是环式的，在环式光学回路中设有：至少一个放大器，两个具有光学克尔效应的所述光学透明材料，其一个接一个交替于相应的光谱敏感性光学元件。
发生器的光学回路可以是线性型的，其中，线性型光学回路中设有两个光谱敏感性光学元件，两光谱敏感性光学元件间设有：至少一个具有光学克尔效应的上述光学透明材料，以及至少一个放大器，其中设置有线性型光学回路的末端反射器，其将选择的光脉冲的波长反射回脉冲发生器的光学回路。
被设计用于在光学回路中输入种子脉冲的装置包括至少一个脉冲发生器的输入支路，其可以光学连接至脉冲光源，优选地至脉冲激光源。
将光脉冲从发生器中提取出来的装置包括脉冲发生器的光脉冲输出支路，其中至少一个所述输出支路可以通过光学装置与发生器的至少一个所述种子脉冲输入支路光学连接，其中所述光学装置可是Q开关或激光的光学开关。
光谱敏感性光学元件为所述放大器，并且光脉冲的光谱选择过滤功能是和放大器的波长的增益频带相关联的。
由于在相同光学透明增益材料(例如，增益光纤或激光增益介质)中的光学克尔效应，光脉冲被放大和被光谱展宽。
进一步还包括外部放大器，优选的光纤放大器，其光学连接至任何发生器的输出支路。
超短光脉冲发生器是全光纤设计的，也就是，完全是由光导纤维和光纤成分来构建的。整个超短光脉冲发生器是由光纤元件也就是光导纤维和光纤成分来构建。
发明优点
这一方法允许发生具有几纳焦(nJ)能量和约1ps周期的光脉冲。在大多数情况下，依赖脉冲发生器的设计特征，发生的光脉冲为线性啁啾的，所以，使用外部脉冲压缩器，脉冲可以被压缩低至飞秒周期。使用光导纤维，可以构建脉冲发生器，光导纤维可以是偏振保持或非保持的光纤，以及脉冲发生器是特别稳定的或抗温度波动的，其之所以稳定和可靠是因为没有退降元件，如半导体吸收器(例如，SESAM)。发生的光脉冲参数(脉冲周期、能量、重复率、时间特性、光谱特性等)依赖设计特征(无源和有源光导纤维的长度、光纤的纤芯直径、光谱选择性光学元件的光谱特性、放大器的特性和增益)，这可能有非常宽的实用选择。脉冲产生可能独立于脉冲发生器的全机制色散，脉冲发生器机制的全色散可以等于零、正常或异常。只有脉冲的时间和光谱特性依赖于脉冲发生器的机制色散。
使用任何与光学克尔效应相关的非线性效应，即，自相位调制、交叉相位调制、四波混频，可以实现光脉冲的光谱展宽。通常，在任何光学透明材料(玻璃、光纤、液体、光子晶体、气体等等)中，可以实现脉冲光谱展宽，其中显示有光学克尔效应(立方非线性不是零点，即，χ(3)≠0)。使用任何放大器，可以放大光脉冲：激光(量子)放大器、光学参量放大器(基于三波或四波非线性相互作用原理的操作)、拉曼放大器、布里渊放大器、半导体光学放大器、光纤放大器。使用介质滤波器(带通、短通、长通、多通等等)、布拉格镜、布拉格光纤光栅、衍射光栅、立奥滤波器、声光可调滤波器、法布里-珀罗干涉仪或任何其特征为波长灵敏度的光学元件，可以执行光脉冲的光谱选择。
通过将种子脉冲注入种子输入支路或通过将发生器种子输入支路与发生器输出支路连接很短的时间，超短光脉冲发生器可以启动操作。这样，在光脉冲绕发生器光学回路传播中，发生器光学回路光学被光谱打开很短的时间段(所述连接的时间段，大约等于或短于该时间段)，并且，从而其形成激光谐振器，其中种子脉冲出现在自发噪声中。通过使用已知的脉冲激光Q开关、高速光学开关、有源和无源的(声光调制器、普克尔斯盒、光电调制器、机械开关、旋转棱镜或镜、压电开关、可饱和半导体吸收器、SESAM等等)，发生器的种子输入和输出支路可以是光学连接的。而且，通过将光谱敏感性光学元件的光谱特征重叠很短的时间段，可以启动超短脉冲发生器，并且，因而形成激光谐振器，其中种子脉冲出现在自发噪声中。种子脉冲参数应该与发生器输出脉冲参数(周期、能量、光谱宽度、光谱相位、时间形状等等)大致匹配，并且可以在几个数量级上不同。当种子脉冲进入发生器光学回路后，几个具有相关特性的往复后，形成了发生器的脉冲，并且在发生器的输出支路处，发生了具有稳定特性(能量、时间、光谱)的超短光脉冲。不仅一个循环脉冲，而且一定数量的脉冲可以被激发并且在脉冲发生器光学回路内发生。脉冲发生器的环路结构允许反向传播脉冲的发生。脉冲发生器对发生器光学回路中出现的菲涅尔反射和法布里-珀罗标准具有抗性，并且，由于这一原因，发生器光学回路可以由不同的光导纤维构成。在光学回路内，空芯光子晶体光纤(PCF)可以结合而不需要担心菲涅尔反射，其可以潜在地干扰发生器的运行。通过将光纤彼此结合以及与其它光纤成分(光纤集线器、WDM、布拉格光纤光栅、光纤偏振器、光纤镜、尾纤泵浦二极管)结合，脉冲发生器可以由全光纤设计构成。发生器可以由偏振保持和非保持的光导纤维、单模和大模面积的光纤构成。通过将具有异常群速色散的空芯PCF光纤的合适长度连接至发生器的输出支路(例如，HC-1060滤波器，NKT光电公司，NKTPhotonics)，在发生器输出处，发生的脉冲可以压缩低至由光谱限制的脉冲周期(飞秒)。
所使用的术语：
光谱选择性光学元件SSOE(波长敏感性光学元件)：介质滤波器、布拉格光纤光栅、体布拉格光栅、衍射光栅、棱镜、立奥滤波器、声光可调滤波器、法布里-珀罗干涉仪、具有对应增益频带的放大器和具有光谱选择性的其它装置。
放大器：激光(量子)放大器、光学参量放大器(基于三波或四波非线性相互作用原理的操作)、拉曼放大器、布里渊放大器、光导纤维放大器和用于光学放大的其它装置。
光学透明材料，其特征在于有光学克尔效应：光导纤维、光子晶体光纤、光子晶体、玻璃、液体、光学增益光纤或具有三阶(立方)光学非线性χ(3)≠0的任何其它光学透明材料。
Q开关户或光学开关：声光调制器、普克尔斯盒、光电调制器、机械开关、旋转棱镜或镜、压电开关、SESAM、可饱和半导体吸收体等等。
光学装置：放大器，其特征在于光学克尔效应(具有立方光学非线性χ(3)≠0)的光学透明材料和光谱选择性光学元件。
脉冲发生器光学回路：闭式轨迹，其中光脉冲进行传播并且在此设有脉冲发生器的光学装置。通过类推激光谐振器，当光脉冲在一个方向上循环传播的时候，脉冲发生器的光学回路可以是环形结构的，或当脉冲在相同闭式重叠轨迹中往复地传播的时候，脉冲发生器的光学回路可以是线性的。
由于光学克尔效应，通过光学透明材料传播的光脉冲可以是光谱展宽的。光谱展宽的脉冲进入第一光谱选择性光学元件(SSOE I)，其选择该光脉冲的特定波长并且将它们引导至放大器。其它波长被引导至第一输出支路。光脉冲，由SSOE I光谱分离的，在第二放大器中放大(但不是必须的)，并且由于光学透明材料中的光学克尔效应，再次被光谱展宽。光谱展宽的光脉冲进入第二光谱选择性光学元件(SSOE II)，其选择该光脉冲的特定波长，但不是由SSOE I选择的相同波长，并且将它们引导至第一放大器。其它波长SSOE II被引导至第二输出支路。由SSOE II光谱选择的光脉冲，由第一放大器再次被放大，并且由于光学透明材料中的光学克尔效应被光谱展宽。光脉冲的放大，由于光学克尔效应光脉冲的光谱展宽，以及光谱分离的过程被不断重复，并且发生了超短光脉冲。第一和第二光谱选择性光学元件可以是任何光谱特性的，然而SSOE I和SSOE II不会一起选择相同的波长，从而返回至发生器光学回路的光脉冲光谱被分离，并且对于光脉冲的整个往返，发光器光学回路是光谱关闭的。因为发生器的光学回路是光谱关闭的，从而，任何纵向激光模式不会被退出，并且由于这一原因，所提出的脉冲发生方法与传统的锁模无关。
脉冲产生器光学回路的长度-这是光脉冲通过发生器光学回路的总传播路径，直到光脉冲返回先前的位置，并且在相同的方向上传播。脉冲发生器的光学回路可以是圆形结构，在此脉冲在一个方向上绕光学回路传播，或脉冲发生器的光学回路可以是线性结构，在此脉冲在相同的重叠轨迹中往复传播。
附图说明
图1-所提出发生器的光学回路，其中所有光学装置在环形中一个接一个地被设置，并且它们形成了超短光脉冲发生器的环式光学回路。
图2-所提出设备的光学机制，其中所有光学装置一个接一个地被设置，光脉冲在相同的重叠闭式轨迹中往复传播，并且该装置形成了超短光脉冲发生器的线性光学回路。此外，机制显示了用于激发超短光脉冲发生器的Q开关。
图3-依赖于第一和第二光谱选择性光学元件(在这一特殊的情况下光谱滤波器)波长的透射比特性的示例。
图4-显示了所提出发生器的机制，其整个由光纤和光纤成分构成，并且光纤发生器的机制结构是线性的。
具体实施方式
所提出的超短光脉冲的发生方法，其中在发生器光学回路中形成超短光脉冲的一次一次往返，在此脉冲在闭式轨迹中传播，包括以下步骤：光脉冲的放大；由于光学透明材料中的光学克尔效应，放大光脉冲的光谱展宽；使用第一光谱选择性光学元件(SSOE I)的光谱展宽的光脉冲的光谱成分的选择，该第一光谱选择性光学元件分离预定波长的光脉冲，而其它波长被引导离开发生器的光学回路；使用SSOE I的光谱分离的光脉冲的放大(如果必须)；基于光学透明材料中的光学克尔效应的放大的光脉冲的光谱展宽，使用第二光谱选择性光学元件(SSOE II)的光谱拓宽的光脉冲的光谱分离，第二光谱选择性光学元件选择不同于SSOE I分离波长的预定波长的光脉冲，而其它波长被传送至第二输出支路。使用SSOE II光谱分离的光脉冲返回至它们原始的位置，并且随后循环地重复操作序列。
所提出的超短光脉冲发生器，在此由于图1中所示的光学透明材料(3、4)中的光学克尔效应，光脉冲被光谱展宽。所有光学装置(5、3、1、6、4、2)一致地设在环形中并且光脉冲传播轨迹的路径形成了环式光学回路11。放大器5放大的光脉冲在光学透明材料3中被光谱展宽，通过SSOE I 1，光谱展宽的光脉冲进行传播，SSOE I选择特定波长的光脉冲，其它波长的光脉冲被引导至第一输出支路7。通过SSOE I1传输的光谱分离的光脉冲被引导至放大器6。由放大器6(但不是必须的)放大的光脉冲在光学透明材料4中被再次光谱展宽，并且进入SSOE II 2，其选择特定波长的光脉冲，而其它波长的光脉冲被引导至第二输出支路8。SSOE I 1和SSOE II 2不会选择(传输)相同波长的光脉冲。通过SSOE II 2运送的光谱分离的光脉冲被引导至放大器5。之后，再次循环地重复操作序列。通过将种子脉冲注入任何种子输入支路(9、10)，或可选地使用第一种子输入支路9或第二输出支路8将第一输出支路7连接至第二种子输入支路10很短的时间，启动超短光波长发生器。此外，通过SSOE I和SSOEII光谱特性的时间重叠，可以启动超短光脉冲发生器。从而，脉冲发生器的光学回路11被光谱打开，并且形成了激光谐振器，而种子脉冲出现在自发噪声中。而且，如果由SSOE I 1光谱选择的光脉冲的峰值功率可以足够展宽光学透明材料4中的光谱，不需要放大器6。
图1：具有环式电路的超短脉冲发生仪器。1-第一光谱选择性光学元件；2-第二光谱选择性光学元件；3、4-光谱透明材料，在此由于光学克尔效应(自相位调制或交叉相位调制或四波混频)，光脉冲的光谱被展宽；5、6-放大器，在此光脉冲被放大；7、8-超短光脉冲发生器的第一和第二输出支路；9、10-第一和第二种子输入支路；11-环式机制的超短光脉冲发生器。
图2：显示了具有线式光学回路(11)的另一超短光脉冲发生仪器，在此，所有光学装置(2、4、5、3、1)连续地设置，并且光脉冲传播路径往复地重叠，并包括线式光学回路11，其中由于光学透明材料3、4中的光学克尔效应，光脉冲进行了光学展宽。放大器放大的光脉冲在光学透明材料3中被光谱展宽，除了光谱展宽的光脉冲进入SSOE I 1，SSOE I只分离并且返回光脉冲的特定波长，其它波长的光脉冲被传送至第一输出支路7。由SSOE I 1光谱分离并且返回的光脉冲再进入光学透明材料3。脉冲在反向方向上通过光学透明材料3传播的期间，可以轻微地展宽脉冲光谱，这是因为光谱分离和返回脉冲的峰值功率是不足的。之后，光脉冲再进入放大器5，由放大器5放大的光脉冲在其它光学透明材料4中被光谱展宽，并且进入SSOE II 2，其只分离返回光脉冲的特定波长，而剩余波长到达第二输出支路8。SSOE I 1和SSOE II 2不会一起分离相同波长的光脉冲并将其返回至发生器回路11。通过光学透明材料3在光脉冲反向方向上传播的期间，由SSOE II 2光谱分离并且返回的光脉冲，再进入光谱透明材料4，脉冲光谱可以轻微地被展宽，因为光谱分离和返回脉冲的峰值功率是不足的。之后，脉冲再进入放大器5，并且重复循环地操作序列。通过将种子脉冲注进任何种子输入支路(9、10)，启动超短脉冲发生器，或输出支路8立刻连接种子输入支路10。Q开关12被打开很短的时间，并且通过镜13将输出支路8与种子输入支路10连接，形成了激光谐振器，其中种子脉冲产生在自发噪声中。按类似的方式，可以连接具有第一生成器输出支路7的第一种子输入支路9。可选地，通过将SSOE I 1和SSOE II 2光谱特征重叠很短的时间，启动超短光脉冲发生器，因此，脉冲发生器的线性光学回路11被光谱打开，形成了激光谐振器，并且种子脉冲产生在自发噪声中。另外，光学透明材料4不是必要的，因为从SSOE 1中返回的光脉冲足够强的可以在光学透明材料3中获得合适的光谱展宽。
图2：用于产生种子脉冲的具有Q开关的线式机制的超短脉冲发生器。1-第一光谱选择性光学元件；2-第二光谱选择性光学元件；3、4-光学透明材料，其中由于光学克尔效应(自相位调制或交叉相位调制或四波混频)，光脉冲的光谱被展宽；5-放大器，在此光脉冲被放大；7、8-光脉冲发生器的第一和第二输出支路；9、10-第一和第二种子输入支路；11-光脉冲发生器的线式电路；12-Q开关(调制器)；13-镜。
图3：示出了依赖于第一1和第二2光谱选择性光学元件(1、2)的传输特性的示例，在这种情况下，滤波器的第一1和第二2光谱选择性光学元件(1、2)的传输特性的示例。图3a示出了带通滤波器的光谱特性，第一和第二滤波器(1、2)的传输频带被分离。光谱滤波器(1、2)的传输频带可以轻微地重叠直到所形成的激光谐振器高于它的放大，并且激光的发射没有启动。图3b示出了边缘滤波器的特性。第一滤波器1只通过短波长，而第二滤波器2只通过长波长。图3c显示了多频带滤波器的特性。第一和第二滤波器(1、2)的频带不重叠或重叠但是激光发射没有启动。在图3c中，显示了当第一滤波器1为带通滤波器，且第二滤波器2为传输长波长的边割滤波器的时候。在所有的示例中，第一1和第二2滤波器的光谱传输功能没有重叠或重叠直至形成的激光腔的损耗高于放大并且自运行的发生没有启动。
图3：依赖于第一1和第二2光谱选择性光学元件(1、2)的传输特性的示例，在这种情况下，滤波器的：a-第一滤波器1和第二滤波器2为带通滤波器；b-边缘滤波器，第一滤波器为短通滤波器，第二滤波器2为长通滤波器；c-多频带滤波器，第一和第二滤波器(1和2)的频带没有重叠或重叠直到当形成激光谐振器的时候自运行发生启动，也就是说，形成的激光谐振器的损耗高于它的放大。
图4：显示了另一，全光纤的，具有线式光学回路的超短光脉冲发生仪器。整个超短光脉冲发生仪器由彼此结合的光导纤维和光纤成分构建成。在这一特殊的情况下，光谱选择性光学元件(1、2)为布拉格光纤光栅(14、15)，光脉冲在增益光纤22中被放大，增益光纤可以掺杂Yb离子，光脉冲在光导纤维3、4中被光谱展宽。在增益光纤22中放大的光脉冲通过信号泵浦合波器19传播，并且在光导纤维3中被光谱展宽，光谱展宽的脉冲进入第一布拉格光纤光栅14，光脉冲光谱的特定部分从布拉格光纤光栅14反射并返回，脉冲光谱的传输部分进入具有连接器16的第一输出/种子输入支路并出来。返回的光谱分离的光脉冲再次通过光导纤维3，经过信号泵浦光纤合波器19并且进入增益光纤22。放大的光脉冲经过信号泵浦合波器20，并且在光导纤维4中被光谱展宽，光谱展宽的脉冲进入第二布拉格光纤光栅15，光脉冲光谱的特定部分通过布拉格光纤光栅反射并返回，脉冲光谱的传输部分进入具有连接器17的第二输出/种子输入支路并出来。从布拉格光纤光栅15反射并且返回的光脉冲，再次通过光导纤维(4)传播，经过信号泵浦光纤合波器20并且进入增益光纤22。再三地循环地重复以下的操作序列。第一和第二布拉格光纤光栅14和15的反射光谱没有重叠或重叠直到形成的激光谐振器的损耗高于它的放大。通过将种子脉冲注进具有连接器(16,17)的种子输入/输出支路的任何一个，或立刻将由发生器发生的辐射反射回具有连接器(16,17)的任何输出支路，启动超短光脉冲发生器，从而建立了激光谐振器，其从自发噪声中产生种子脉冲。泵浦通过信号泵浦光纤合波器19的泵浦辐射输入支路18，泵浦辐射进入增益光纤22。通过泵浦信号光纤合波器20的泵浦辐射输出支路21，进行了光纤22未吸收的泵浦辐射。
图4：全光纤超短光脉冲发生器，通过布拉格光纤光栅(14、15)，对光谱展宽的光脉冲进行滤波。3、4-无源光导纤维，在此由于光学克尔效应，脉冲被光谱展宽；16、17-具有连接器的超短光脉冲输出和种子输入支路；19、20-泵浦和信号合波器(WDM)；18-泵浦输入支路；21–未吸收泵浦辐射的输出支路；22-增益光纤。
超短光脉冲发生器可以具有大于两个的光谱选择性光学元件，目的是将预定波长的光脉冲成分分离，而其它波长的光脉冲通过输出支路从发生器中送出。在这一发生器中，在光谱选择性光学元件之间，设有光学透明材料，其特征在于有光学克尔效应，建立了发生器的机制，在此设有至少一个光学放大器，在此所述光谱选择性光学元件的每一个将不同波长的光脉冲进行光谱分离，当在相邻光谱选择性光学元件之间传播的时候，光谱可以重叠，然而，光脉冲在发生器光学回路的闭式轨迹中经过所有上述光谱选择性光学元件后，它们的光谱没有重叠直到由于上述光学透明材料中的光学克尔效应光脉冲的光谱被光谱展宽，或它们的光谱重叠直到由于光谱的重叠，形成的激光谐振器的损耗高于它的放大。

Claims (12)

1.一种超短光脉冲的发生方法，其中所述超短光脉冲的一次往返在发生器光学回路内形成，脉冲在闭式轨迹中传播，包括以下步骤：
-光脉冲的放大；
-基于光学透明材料中的光学克尔效应放大光脉冲的光谱展宽；
-使用第一光谱敏感性光学元件，选择所述光谱展宽的光脉冲的光谱成分，
其特征在于：
所述第一光谱敏感性光学元件从光脉冲中选择预定波长的所述光谱成分，而其它波长的光脉冲被引导离开所述发生器的光学回路，
-使用所述第一光谱敏感性光学元件选择的所述预定波长的所述光脉冲可以再次被放大，并且由于其它光学透明材料或上述的光学透明材料中的光学克尔效应还可以进行第二次光谱展宽，
-第二次光谱展宽的光脉冲是通过使用第二光谱敏感光学元件选择预定波长的光脉冲光谱成分而分离的，而其它波长的光脉冲被引导离开所述发生器光学回路，其中
-使用所述第一光谱敏感性光学元件选择的所述光脉冲的预定波长不同于使用所述第二光谱敏感性光学元件选择的所述光脉冲的预定波长，其中
操作序列的循环是通过光脉冲在发生器光学回路中的传播和超短光脉冲的生成的重复而形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述闭式轨迹中光脉冲的传播轨迹是圆形的，并且闭式轨迹构成超短光脉冲发生器的环型光回路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光脉冲在闭式轨迹中传播的为线性的，所述光脉冲在相同重叠轨迹中向前和向后传播，并且闭式轨迹形成了所述超短光脉冲发生器的线性型光学回路。
4.一种超短光脉冲发生器，其包括光学回路(11)，其中设置有：
-至少一个光脉冲放大器(5、6)；
-至少一个具有光学克尔效应的光学透明材料(3、4)；
-光谱敏感性光学元件；
-将所述光脉冲从所述光学回路中提取出来的装置，以及
-被设计用于将种子脉冲输入进所述光学回路的装置，
其特征在于，
设置有两个光谱敏感性光学元件(1)和(2)，其被设计用于选择预定波长的光脉冲的光谱成分，在此通过使用所述第一光谱敏感性光学元件(1)选择的预定波长不同于通过使用所述第二光谱敏感性光学元件(2)选择的预定波长，
其中，具有光学克尔效应的光学透明材料(3、4)以及光学放大器(5、6)，被设置在所述光谱敏感性光学元件(1)和(2)之间的所述超短光脉冲发生器的光学回路(11)中，
其中，所述第一和第二光谱敏感性光学元件(1)和(2)按以下方法选择：它们选择的特征光谱不重叠而关闭谐振器闭合谐振腔或它们的选择重叠的光谱但在光学回路中所形成的激光谐振腔的损耗由于光谱重叠而高于其放大，
将光脉冲从所述光学回路中提取出来的装置(7、8)，其被设计用于提取光脉冲的其他波长而不是被所述光谱敏感性光学元件(1)和(2)所选择的预定波长。
5.根据权利要求4所述的发生器，其特征在于，所述发生器的所述光学回路(11)是环形的，在所述环形光学回路(11)中设有：
-至少一个光脉冲放大器(5、6)；
-两个具有光学克尔效应所述光学透明材料(3)和(4)，其一个接一个地交替与相应的光谱敏感性光学元件(1)和(2)。
6.根据权利要求4所述的发生器，其特征在于，所述发生器的所述光学回路(11)是线性型的，其中线性型光学回路(11)中放置两个光谱敏感性光学元件(1)和(2)，在它们之间设置：
-至少一个上述的具有光学克尔效应的光学透明材料(3、4)，以及
-至少一个放大器(5、6)，其中设置了所述线性型光学回路的末端反射器，其将光脉冲的选定波长反射回所述脉冲发生器的光学回路(11)。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的发生器，其特征在于，被设计用于输入种子脉冲的装置包括至少一个所述脉冲发生器的输入支路(9、10)，其可以光学连接至脉冲光源，优选地至脉冲激光源。
8.根据权利要求4-6任意一项所述的发生器，其特征在于，将光脉冲从所述发生器中提取出来的所述装置(7，8)包括所述脉冲发生器的光脉冲输出支路(7、8)，其中至少一个所述输出支路(7、8)通过一光学装置与所述发生器的至少一个所述种子脉冲输入支路(9，10)光学连接，其中所述光学装置可以是Q开关或激光的光学开关。
9.根据权利要求4-8任意一项所述的发生器，其特征在于，所述光谱敏感的光学元件(1、2)是放大器(5、6)，以及光脉冲的光谱选择过滤功能是和放大器(5)、(6)的波长的增益带宽相关联的。
10.根据权利要求4-9任意一项所述的发生器，其特征在于，所述光脉冲基于在相同光学透明增益材料(例如增益光纤或激光增益介质)内的光学克尔效应而被放大和被光谱展宽。
11.根据权利要求4-10任意一项所述的发生器，其特征在于，还包括外部放大器，优选地为光纤放大器，外部放大器光学连接至所述发生器输出支路(7)或(8)的任意一个。
12.根据权利要求4-10任意一项所述的发生器，其特征在于，所述超短光脉冲发生器是全光纤设计的，也就是，完全由光导纤维和光纤成分来构建。
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