CN100392926C - 全光控激光同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超快激光领域，具体的讲是涉及一种远距离实现全光控激光同步的方法，该方法利用多束激光在介质中的交叉相位调制作用，实现远距离多束激光的同步控制，其优点是，时间抖动小，能够实现远距离的多色的全光控激光同步，当其中远处的光束的绝对位相锁定时，其它光束可以自动跟踪锁定，从而获得新的光梳。

Description

全光控激光同步的方法

技术领域

本发明涉及超快激光领域，具体的讲是涉及一种远距离实现全光控激光同步的方法。

背景技术

近年来随着激光技术的发展，超快科学、非线性光学、光频测量、精密光谱等领域也取得了很大的进展。而随着超快激光和光频的精细测量技术的发展，两个激光器的同步锁定也由于其在光束相干控制领域的应用价值而成了吸引众多科学工作者的一个热点。研究中，通过电路已经实现了两光束的同步，但是存在较大的时间抖动和随机的时间延迟。因此研究者们致力于利用全光控来实现光束的同步，其实现主要原理是将两束光同时射入克尔介质中，利用介质的交叉相位调制来实现两光束的完全同步。交叉相位调制的产生是因为两束或者更多束光场在介质中传输时，他们将同介质中的非线性效应发生互作用，此时光波的有效折射率不仅与此波本身的强度有关，也与同时传输的其它光波的强度有关，光波会获得一个与多光束强度相关的非线性相位。

目前已有的光控激光同步的方案主要是利用放置在激光腔内的克尔介质的交叉相位调制作用来实现光控同步。光控同步可以获得较低的时间抖动，弥补电路同步的不足，但是现有的光控同步方案存在一定的局限，即克尔介质位于激光腔的腔内，因此无法实现远距离的光控，即在两个激光器相距较远的情况下无法实现。

这类光控同步方案主要有三种结构，下面以实例来加以说明。

实例1，如图1所示，M1、M2为凹面腔镜，M3为平面高反射镜，OC为输出镜，T为激光增益介质同时也是克尔介质。泵浦激光从M1耦合进激光腔，聚焦后打在激光增益介质上，产生荧光，荧光在腔内形成振荡得到激光输出。这一结构中两路激光共用M1、M2、M3以及OC构成的激光振荡腔，只是在腔内的路径稍有偏差，增益介质同时也作为克尔介质起到交叉相位调制的作用，从而将两路激光锁定。

实例2，本实例与实例1的区别在于其中一个激光腔的激光增益介质与克尔介质分离，另一个激光腔的增益介质同时作为克尔介质，本实例可以实现双色的激光同步。如图2所示，M1、M2、M4、M5为凹面激光腔镜，M3、M6为平面高反射镜，OC1、OC2为输出镜，T为由M1、M2、M3、M4、M5、OC1构成的激光腔的增益介质，N为由M4、M5、M6、OC2构成的激光腔的增益介质，同时也是实现两激光腔锁定的克尔介质。这一结构中由M1、M2、M3、M4、M5、OC1构成的激光腔所产生的激光与由M4、M5、M6、OC2构成的激光腔产生的激光由于克尔介质N的交叉相位调制而被锁定。

实例3，本实例与实例1的区别在于两激光腔分别拥有独立的增益介质，且增益介质均与克尔介质相分离，本实例可以实现双色激光同步。如图3所示，M1、M2、M4、M5、M7、M8、M10、M11为凹面激光腔镜，M3、M9为平面高反射镜，OC1、OC2为输出镜，T1为由M1、M2、M3、M4、M5、OC1构成的激光腔的增益介质，T2为由M7、M8、M9、M10、M11、OC2构成的激光腔的增益介质，N是实现两激光腔锁定的克尔介质。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种远距离实现全光控激光同步的方法，该方法利用多束激光在介质中的交叉相位调制作用，实现远距离多束激光的同步控制。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种全光控激光同步的方法，其特征在于该方法至少采用一个结构单元，该结构单元是将两束激光同时聚焦到一克尔介质上，通过介质的交叉相位调制作用实现同步锁定，并使该克尔介质的放置位置对于其中一束激光来讲是置于激光器的腔内，对另一束激光来讲是置于激光器腔外。

所述的两束激光聚焦于克尔介质的同一点，且在到达克尔介质时在时间、空间上均严格同步。

所述的两束激光的重复频率相近，允许激光腔长微米量级的抖动。

所述的克尔介质为具有三阶非线性效应的介质。

所述的至少采用一个结构单元，在采用一个以上个结构单元时，单元与单元之间的连接关系可以是串联形式、或者是并联形式、或者是串联和并联的混合形式。

本发明的优点是，时间抖动小，能够实现远距离的多色的全光控激光同步，当其中远处的光束的绝对位相锁定时，其它光束可以自动跟踪锁定，从而获得新的光梳。

附图说明

附图1现有技术中单增益介质实现光控同步的实验结构示意图；

附图2现有技术中双色实现光控同步方法一的实验装置图；

附图3现有技术中双色实现光控同步方法二的实验装置图；

附图4本发明实施例1实现远距离双色全光控同步的结构示意图；

附图5本发明实施例2实现远距离双色全光控同步的结构示意图；

附图6本发明实施例3串联实现远距离多色全光控同步的结构示意图；

附图7本发明实施例4并联实现远距离多色全光控同步的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

本实施例方法中涉及的每一个结构单元，将两束激光同时聚焦到一克尔介质上，通过介质的交叉相位调制作用实现同步锁定，该克尔介质的放置位置对于其中一束激光来讲是置于激光器的腔内，对另一束激光来讲是置于激光器腔外。两光束聚焦于克尔介质的同一点，且在到达克尔介质时在时间、空间上均严格同步，由于其中一束光为激光器的输出光，因此距离远近并不影响。

两个激光器在结构上没有任何的相互限制。但是需要保证两光的重复频率相近，允许激光腔长微米量级的抖动。两路光的波长可以相同也可以不同，脉冲宽度可以不同。

克尔介质为具有三阶非线性效应的介质。

交叉相位调制的产生是因为两束或者更多束光场在介质中传输时，他们将同介质中的非线性效应发生互作用，此时光波的有效折射率不仅与此波本身的强度有关，也与同时传输的其它光波的强度有关，光波会获得一个与多光束强度相关的非线性相位。

实施例1：如图4所示，本实施例即构成上述的结构单元的一种表现形式。在由标号为M1、M2、M3、OC的腔镜构成的激光器中插入由M4、M5构成的共焦腔，将克尔介质N置于该共焦腔的焦点处，T为该激光器的增益介质，本实施例中选用了掺钛蓝宝石(Ti：S)。其中M1、M2、M4、M5为凹面反射镜，M3平面反射镜，OC为输出耦合镜。腔镜针对不同的波段，镀有不同的介质膜。M6、M7为与M4、M5同曲率的凹面反射镜，其作用是将激光器1输出的激光聚焦到克尔介质上，N为克尔介质，本实施例中采用掺钛蓝宝石，置于M6、M7构成的共焦腔和M4、M5构成的共焦腔的公共焦点处。当聚焦到克尔介质上的光强足够强，调整两光束的入射角使两光束的作用距离足够长时，通过克尔介质的交叉相位调制即可实现两光束的同步。

实施例2：如图5所示，本实施例构成了上述的结构单元的另一种表现形式，其与实施例1的区别在于不是直接将远处的激光聚焦进克尔介质，而是将其耦合进一个由凹面镜M6、M7以及平面镜M8、M9构成的无源增强腔(简称无源腔)中，该无源腔的焦点与另一由M1、M2、M3、M4、M5及OC构成的激光器在克尔介质上的焦点重合。这样可以大大提高克尔介质上的光强，增强交叉相位调制作用，从而更利于实现两光束的同步。本实施例较为复杂的地方在于要将远处的激光耦合进无源腔中，必须保证无源腔与远处的激光振荡腔具有完全相同的自由光谱区。因此需要通过电路将无源腔与远处的振荡腔锁定。

实施例3：如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于采用两个实施例2所示的结构组成的串联全光控同步系统，即两个结构单元的串联，其原理与实施例2相同，可以实现3色的全光控同步，其中M1、M2为平面反射镜。

实施例4：如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于采用两个实施例2所示的结构组成的并联全光控同步系统，即两个结构单元的并联，其原理与实施例2相同，可以实现3色的全光控同步，其中M1为平面反射镜。

本领域技术人员显然可以认识到，在这里多级的全光控同步并不局限于实施例3和实施例4，可以采用实施例1、2中的结构进行任意的串并联多级组合，从而获得多个多色激光器的锁定。

Claims (3)

1.一种全光控激光同步的方法，其特征在于该方法至少采用一个结构单元，该结构单元是将两束激光同时聚焦到一克尔介质上，通过介质的交叉相位调制作用实现同步锁定，并使该克尔介质的放置位置对于其中一束激光来讲是置于激光器的腔内，对另一束激光来讲是置于激光器腔外，所述的两束激光聚焦于克尔介质的同一点，且在到达克尔介质时在时间、空间上均严格同步，所述的两束激光的重复频率相近，允许激光腔长微米量级的抖动。

2.根据权利要求1所述的一种全光控激光同步的方法，其特征在于所述的克尔介质为具有三阶非线性效应的介质。

3.根据权利要求1所述的一种全光控激光同步的方法，其特征在于所述的至少采用一个结构单元，在采用一个以上个结构单元时，单元与单元之间的连接关系是串联形式或者是并联形式或者是串联和并联的混合形式。

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