CN101477290A - 利用增益调制实现脉冲激光同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超快激光技术方向，具体的讲是利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，该方法选择输出宽带光谱激光脉冲的激光器作为主控激光器，掺镱环形激光器作为受控激光器；首先用激光分束器将所述主控激光器输出的宽带光谱激光脉冲进行中心光谱和边带光谱的分离，之后将所述边带光谱成分注入所述掺镱环形激光器中，利用增益调制引入的非线性偏转效应使掺镱环形激光器输出的激光脉冲与主控激光器输出的激光脉冲同步，其特点是无需电路控制系统，即可实现主控－受控激光的同步，并大大降低对实施环境的要求，具有更广泛的应用前景，从根本上避免了由增益竞争引起的同步激光器的不稳定性，激光谐振腔长度的选择只与得到的输出脉冲宽度有关，而无需严格的腔长选择控制。

Description

利用增益调制实现脉冲激光同步的方法

技术领域

本发明涉及超快激光技术方向，具体的讲是利用增益调制实现脉冲激光同步的方法。

背景技术

当代超快激光技术的发展已经将时间尺度缩短到亚飞秒及阿秒量级，日新月异的技术进步使产生周期量级的超短脉冲成为可能，并且已经实现对超短脉冲的精密控制。多色激光器的同步也随着超快激光和光频的精细测量技术的发展成为国际研究前沿。超短脉冲的精确控制技术可以应用于光学频率合成、泵浦探测、超快光谱学、光脉冲及量子相干控制等方面。高能激光纳秒脉冲与超短脉冲的同步是发展激光快点火、精确相干的高能激光阵列、可锁相粒子加速激光阵列、以及同步x光和电子束所必备的。当前国际上实现激光脉冲同步式主要有主动和被动两种方式。其中，主动方式是通过外部电路实现两光束的同步，依靠对光电信号滤波和放大提供的反馈控制，但存在较大的时间抖动和随机的时间延迟；被动方式是通过全光控制实现光束的同步，其主要原理是将两束激光同时射入克尔介质中，利用介质的非线性效应，特别是交叉相位调制技术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，它们在介质中发生非线性相互作用。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。这就要求两同步光束的场强在非线性介质内达到可比拟的程度，致使同步激光的脉冲宽度在很大程度上受到了限制，不能实现周期量级飞秒脉冲与皮秒脉冲，乃至纳秒脉冲的时间同步。而且，由于在这种设计中使同一谐振腔中的两束激光共用一个非线性介质，导致激光增益介质的增益带宽受到了极大的限制。而且在增益介质内耦合而实现同步，增益竞争效应限制了激光运转的稳定性和可操控行，而且激光输出光谱宽度收到了限制。

发明内容

本发明的目的是针对国际现有激光同步技术的不足之处，提出一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，该方法将宽带光谱输出的主控激光器的输出激光进行分束，将其边带光谱成分注入作为受控环形激光器的掺镱环形激光器中，利用激光锁模技术和腔长失匹控制技术实现主控激光和受控激光的同步。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，其特征在于：该方法选择输出宽带光谱激光脉冲的激光器作为主控激光器，掺镱环形激光器作为受控激光器；首先用激光分束器将所述主控激光器输出的宽带光谱激光脉冲进行中心光谱和边带光谱的分离，之后将所述边带光谱成分注入所述掺镱环形激光器中，利用增益调制引入的非线性偏转效应使掺镱环形激光器输出的激光脉冲与主控激光器输出的激光脉冲同步。

所述宽带光谱的波长范围为600-1100nm，所述边带光谱的波长范围为1000-1100nm，所述中心光谱的波长范围为600-1000nm。

所述边带光谱成分的注入指的是边带光谱首先通过透镜耦合进入单模光纤中，之后通过单模光纤进入受控激光器的耦合器。

所述掺镱环形激光器包括有精确平移台和安装在所述平移台上的准直器，通过移动所述准直器改变掺镱环形激光器腔长来调节所述输出的同步激光的脉冲宽度，使受控激光器输出的同步激光脉冲在皮秒到纳秒范围内变化。

本发明的优点是：(1)与电路控制的激光器同步控制方案不同的是，实验中无需电路控制系统，即可实现主控-受控激光的同步，并大大降低对实施环境的要求，具有更广泛的应用前景；(2)与双腔克尔透镜耦合的激光器同步控制方案不同的是，双腔克尔透镜耦合的激光器同步控制方案中，两激光腔共用同一激光增益介质，容易引起两激光器间的增益竞争和限制了激光同步的失匹长度只能在几微米的范围。本发明中采用宽光谱的主动激光，将其边带光谱成分注入受控激光器，因为主、受控激光器的中心波长区分较大，从根本上避免了由增益竞争引起的同步激光器的不稳定性，激光谐振腔长度的选择只于得到的输出脉冲宽度有关，而无需严格的腔长选择控制。

附图说明

附图1为本实施例激光同步原理图；

附图2为本实施例结构示意图。

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：

如图1、2所示，标号分别表示：钛蓝宝石激光器1、镀膜AR@800nm/HR@1064nm双色镜2、掺镱环形激光器3、透镜4、隔离器5、掺镱单模光纤6、波分复用器7、976nm激光二极管激光器8、耦合器9、单模光纤10、单模光纤11、准直器12、准直器13、四分之一波片14、四分之一波片15、半波片16、偏振分束片17。

如图1所示，主控激光器输出激光由激光分束器进行中心光谱与边带光谱的分离。被分离的边带光谱成分注入受控环形激光器中，在受控环形激光器内部产生增益调制效应诱导的非线性偏振旋转，并工作在主控激光的任意分频谐波振荡频率上，产生与主控激光同步激光脉冲输出。随着受控环形激光器腔长的改变，也就是失匹长度的改变，主控激光进入受控环形激光器的相邻脉冲就经过了精确时间延迟，致使受控激光器输出脉冲可以在皮秒到纳秒范围内变化。由增益调制引入的非线性偏振旋转效应和腔长失匹控制导致的受控激光器的深度调制，无论受控激光器输出脉冲在皮秒和纳秒范围都可以稳定地和主控激光器同步在一起。

如图2所示，以下为实施例的实施细节：

(1)采用一台商售的钛蓝宝石激光器1作为主控激光器，其输出特性：光谱范围600-1100nm，重复频率为79.5MHZ，脉冲宽度为7fs。

(2)从钛蓝宝石激光器1输出的激光脉冲采用镀膜AR@800nm/HR@1064nm双色镜2选出波长为1000-1100nm的输出光谱成分。其中波长600-1000nm光谱成分称为主控激光，1000-1100nm称为主控激光边带成分。

(3)通过透镜4将主控激光边带成分耦合入单模光纤10中。

(4)将单模光纤10与受控掺镱环形激光器3的耦合器9相连，将主控激光边带成分引入掺镱环形激光器3，泵浦光采用980/1064nm的波分复用器7将980nm半导体激光二极管器8输出的泵浦激光注入环形腔，光纤环形腔中采用的增益介质为高浓度掺镱光纤6。环形激光器3的锁模机制为增益调制的非线性偏转效应。采用隔离器5控制激光的单向传输。激光的输出由偏振分束器17完成。

(5)在没有主控光注入的情况下，受控镱光纤激光器3可以通过克尔效应所引起的非线性偏振旋转效应来启动锁模，激光器腔长设计重复频率为1MHz到79.5MHz运转状态。注入主控激光后，略微调整半波片16和四分之一波片14及15即可实现受控皮秒激光与主控激光的同步输出。

(6)依靠准直器12和准直器13进行激光在光纤和空间的转换，其中准直器13被放在精确平移台(图中以双向箭头表示)上用以微调腔长。

(7)为了掺镱激光器3与钛蓝宝石激光器1的同步的纳秒输出，需要在皮秒激光工作的基础上，在掺镱光纤激光器3中加入额外的单模光纤11，以增加受控激光器中的脉冲个数，并展宽脉冲到纳秒量级。

Claims (4)

1、一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，其特征在于：该方法选择输出宽带光谱激光脉冲的激光器作为主控激光器，掺镱环形激光器作为受控激光器；首先用激光分束器将所述主控激光器输出的宽带光谱激光脉冲进行中心光谱和边带光谱的分离，之后将所述边带光谱成分注入所述掺镱环形激光器中，利用增益调制引入的非线性偏转效应使掺镱环形激光器输出的激光脉冲与主控激光器输出的激光脉冲同步。

2、根据权利要求1所述的一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，其特征在于所述宽带光谱的波长范围为600-1100nm，所述边带光谱的波长范围为1000-1100nm，所述中心光谱的波长范围为600-1000nm。

3、根据权利要求1所述的一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，其特征在于所述边带光谱成分的注入指的是边带光谱首先通过透镜耦合进入单模光纤中，之后通过单模光纤进入受控激光器的耦合器。

4、根据权利要求1所述的一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，其特征在于所述掺镱环形激光器包括有精确平移台和安装在所述平移台上的准直器，通过移动所述准直器改变掺镱环形激光器腔长来调节所述输出的同步激光的脉冲宽度，使受控激光器输出的同步激光脉冲在皮秒到纳秒范围内变化。

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