CN101459315A - 基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源。利用色散元件将连续激光分为等频率间隔的各个衍射级次的光(假设为N个级次)，利用光纤放大器对各级衍射光进行放大，放大后的光束利用光谱合成元件合为一束。本发明提供的脉冲激光源，通过调节相邻衍射级次光的频率间隔，能够实现大范围内重频可调的脉冲光，且重复频率与相邻两束光频率间隔相等。通过提高相邻衍射级次光的频率间隔，可以实现高重复频率的超短脉冲光输出。

Description

基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源
技术领域
本发明涉及一种脉冲激光源，尤其是一种基于连续光波分复用相干合成相位控制的，脉冲激光峰值功率可控、重复频率宽频带可调、脉宽大范围可控的新型脉冲激光源。
背景技术
在激光加工、材料处理、信息光电子、激光测量等领域，脉冲激光源得到了广泛应用。在实际应用过程中，通常需要重复频率高、重频可调范围宽的超短脉冲光。传统的脉冲光源产生系统主要采用锁模、调Q、腔倒等技术。经过多年的发展，这些技术现都已经比较成熟，重复频率可调的脉冲激光源也已经取得了很大的进展。本发明提供了一种基于连续光波分复用和相干合成相位控制的脉冲激光源。
发明内容
本发明提供了一种基于连续光波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源。基于波分复用和多波长激光干涉原理，利用等频率间隔的多束光合成实现脉冲激光输出。脉冲激光峰值功率、脉冲激光重复频率、脉宽等参数可以大范围内调节。
本发明的技术解决方案是：
基于波分复用和多波长激光干涉原理，利用等频率间隔的多束光合成实现脉冲激光输出。其特点在于：利用色散元件将连续激光分为等频率间隔的各个衍射级次的光(假设为N个级次)，利用光纤放大器对各级衍射光进行放大，放大后的光束利用光谱合成元件合为一束；通过相位调制器对各个级次的光进行相位控制，使各个通道的光实现相位锁定，从而实现脉冲峰值功率为单路连续激光功率的N2倍、脉冲重复频率为相邻衍射级次光频率间隔的脉冲光输出。整个系统包括连续波激光器1，色散元件2，相位调制器3，放大器4，光谱合成元件5，相位检测与控制单元6。
所述的连续激光器1是宽谱激光器，其种类不限，可以是气体激光器、固体激光器、化学激光器、半导体激光器、光纤激光器等任意种类的激光器；所述的色散元件2类型不限，可以是任意一种可以实现光谱分离的器件，如光栅，密集波分复用器等；所述的相位调制器3类型不限，可以是电光晶体、压电陶瓷等任意种类能够起到激光光束相位调制效果的器件；所述的放大器4类型不限，可以是光纤激光放大器、固体激光放大器等起到激光放大作用的器件；所述的光谱合成元件5类型不限，可以是任意一种可以实现光谱合束的器件，如光栅，密集波分复用器等；所述的相位检测与控制单元6是实现各个通道相位探测和相位锁定的核心处理单元，由光电检测、信号处理电路、控制电路组成。
本发明已经为发明人所在实验室进行的两路光分束和与合成实验证实，这种输出波形、重复频率、脉宽任意可调的脉冲激光方案完全可行。
采用本发明可以达到以下技术效果：
1、本发明基于波分复用和多波长激光干涉原理，利用等频率间隔的光束合成实现脉冲激光输出。
2、本发明提供的脉冲激光源，通过增加合成光束数目，可以实现峰值功率为单路激光功率N2倍的脉冲光输出。
3、本发明提供的脉冲激光源，通过调节相邻衍射级次光的频率间隔，能够实现大范围内重频可调的脉冲光，且重复频率与相邻两束光频率间隔相等。通过提高相邻衍射级次光的频率间隔，可以实现高重复频率的超短脉冲光输出，脉宽小于相邻两束光频率间隔倒数的2/N。
4、本发明提供的脉冲激光源，可以实现脉冲重复频率为吉赫兹、太赫兹量级，脉宽可达纳秒、皮秒量级的超短脉冲输出。
附图说明
图1为本发明的系统结构原理示意图。
图2为本发明提供的5束频率间隔为1010赫兹的连续光合成情形，上图为单路连续激光波形，下图为合成输出脉冲激光波形。
图3为本发明提供的7束频率间隔为1012赫兹的连续光合成情形，上图为单路连续激光波形，下图为合成输出脉冲激光波形。
具体实施方式
本发明产生脉冲激光的实现过程如下：
连续波激光器1的输出光源被色散元件2分成等光频间隔的多束光(假设为N束)，各束光分别先后经过相位调制器3和放大器4，保证各束光输出功率大致相等，然后利用光谱合成元件5对各束光进行合成。如果各个通道的光没有进行相位控制，随机相位差导致输出光具有随机特性，表现为连续光输出；通过相位检测与控制单元6的相位控制，使得各个通道的光相位锁定，可获得脉冲光输出。通过增加合成光束数目，可以提高脉冲峰值功率。通过调节相邻衍射级次光的频率间隔，能够实现大范围内重频可调的脉冲光。通过提高相邻衍射级次光的频率间隔，可以实现高重复频率的超短脉冲光输出。

Claims (6)

1、基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源，包括激光器(1)、相位调制器(3)、放大器(4)，其特征在于利用色散元件(2)将连续激光分为等频率间隔的各个衍射级次的光(假设为N个级次)，利用光纤放大器(4)对各级衍射光进行放大，放大后的光束利用光谱合成元件(5)合为一束。
2、根据权利要求1所述的基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源，其特征在于通过相位调制器对各个级次的光进行相位控制，使各个通道的光实现相位锁定，从而实现脉冲峰值功率为单路连续激光功率的N2倍、脉冲重复频率为相邻衍射级次光频率间隔的脉冲光输出。
3、根据权利要求1所述的基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源，其特征在于相位检测与控制单元(6)是实现各个通道相位探测和相位锁定的核心处理单元，由光电检测、信号处理电路、控制电路组成。
4、根据权利要求1所述的基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源，其特征在于通过增加合成光束数目，可以提高脉冲峰值功率。
5、根据权利要求1所述的基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源，其特征在于通过调节相邻衍射级次光的频率间隔，能够实现大范围内重频可调的脉冲光。
6、根据权利要求1所述的基于波分复用相干合成相位控制的脉冲激光源，其特征在于通过提高相邻衍射级次光的频率间隔，可以实现高重复频率的超短脉冲光输出。
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