CN104051944A - 基于偏振分束的光纤式脉冲展宽与压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏振分束的光纤式脉冲展宽与压缩方法，该方法在激光脉冲束经过偏振分束器分束面时分解为P光和S光时，使两光分别沿不同路径传输，P光或S光继续在偏振分束器内传输，S光或P光则反射进入光纤传输，由于传输路径的不同，两束光产生一定程度的时延，时延的大小则完全由光纤的长度所确定，在重新经过偏振合束器分束面合束后，就形成了有固定间隔的两个子脉冲，子脉冲的幅度一般为父脉冲的一半，这种分裂展宽脉冲的方法大大降低了脉冲的峰值功率。本发明非常容易精确控制展宽量的大小,同时结构简单，易于装配、稳定性更好。

Description

基于偏振分束的光纤式脉冲展宽与压缩方法

技术领域

    本发明属于光器件与技术领域，涉及一种基于偏振分束的对脉冲进行分裂和合并的脉冲展宽与压缩方法，用来对短脉冲激光进行展宽及压缩。 

背景技术

    光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，其中的脉冲光纤激光器的脉冲窄、峰值功率高、无需水冷等突出优点，可广泛用于打标、整形、微机械加工和激光医学等领域，是当今光电信息领域前沿方向之一。 

    由于超短激光脉冲的峰值功率很高，直接在光纤中进行脉冲放大容易因非线性效应而诱导非线性频谱展宽不易压缩,高峰期功率也会造成增益介质损伤，因此常将脉冲先进行展宽降低峰值功率，再通过增益光纤放大，在输出时重新将脉冲压缩进行输出。常见的脉冲展宽方法有运用光栅、色散、非线性等方法对脉冲进行啁啾脉冲展宽，都存在一定的缺点，例如, 不易精确控制展宽或压缩量；光路精确度要求高、复杂，系统不稳定；不易在工业生产中集成化。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于偏振分束器分束/合束，利用光纤实现延时的脉冲分裂展宽和压缩的方法，该方法非常容易精确控制展宽量的大小,同时结构简单，易于装配、稳定性更好。 

实现本发明目的的具体技术方案是： 

一种基于偏振分束的光纤式脉冲展宽与压缩方法，其特点是该方法在激光脉冲束经过偏振分束器分束面时分解为P光和S光时，使两光分别沿不同路径传输，P光或S光继续在偏振分束器内传输，S光或P光则反射进入光纤传输，由于传输路径的不同，两束光产生一定程度的时延，时延的大小则完全由光纤的长度所确定，在重新经过偏振合束器分束面合束后，就形成了有固定间隔的两个子脉冲，子脉冲的幅度一般为父脉冲的一半，这种分裂展宽脉冲的方法大大降低了脉冲的峰值功率；而且可以多级级联，每一级都将前一级的子脉冲再次分裂成两个子脉冲，k级级联可将初始脉冲分裂成2^k个子脉冲，而脉冲的峰值功率也相应变为1/2^k。

所述光纤传输所用光纤为单模保偏光纤、多模保偏光纤、大模场保偏光纤或光子晶体保偏光纤。 

所述光纤传输的光纤两端装有光纤准直器，该准直器为任何形式的准直聚焦镜或准直聚焦组合镜组。 

所述偏振分束器是：有两个分束面的双偏振分束器、由两个分立的偏振分束器组成的分束器对或者光学胶合的分束器对。 

所述偏振分束器的通光面镀有相应波段的增透膜或者镀有相应波段带通、ASE滤波膜层。 

    本发明有如下优点： 

1）、由于光纤具有柔性、轻便等特点，相对于传统的光栅、棱镜等展宽方式，本发明结构简单，体积小、重量轻、稳定性更好；

2）、从成本角度来看，本发明采用的元件结构简单、易于制作，装配简单，相对于光栅等方式价格非常低廉；

3）、本发明展宽量是由光纤的长度决定，而光纤的长度非常容易控制和调整，因此可以非常容易精确控制展宽量的大小；

4）、由于本发明延时展宽部分采用光纤结构，光纤本身具有滤波作用，同时输入输出准直器具有光束整形的作用，可以使合束时两束光空间模式得到较好的匹配；避免了两束光在空间传输时由于路径、光程的不同造成合束是空间模式不匹配的问题；

5）、本发明可采用多级级联的方式，实现更多的分裂脉冲及展宽量。

附图说明

    图1为本发明实施例光路图； 

    图2为本发明另一实施例光路图；

    图3 为本发明级联使用示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。 

参阅图1，当脉冲激光束通过面111进入双偏振分束器11后，在第一个分光面112光束会分成P光和S光两束光，其中P光继续在分束器内传输，S光则偏转90°率先从面113出射，12为光纤准直器，其作用是将S光聚焦耦合进入光纤13,光纤13为保偏光纤，所述的S光在经过光纤13传输后由光纤准直器14变换为准直光束，通过对光纤准直器14的调整使经过光纤13传输的这束光仍以S光的形态进入偏振分束器11，在第二个分束面115与P光光束重新合并成一束光从面116出射，由于前述的P光和S光传输路径的不同，产生了一定程度的时延，合并后的光束已经具有两个分裂脉冲，脉冲的幅度大为减小，在时域上则表现为脉冲的展宽。 

由于P光和S光在偏振分束器内的光程基本一致，所以脉冲时延 是由保偏光纤13的长度决定的，关系如下： 

其中n是光纤材料的折射率，L为光纤的长度，C为真空中光的传输速度。

例如，500皮秒的时延需要约10cm的光纤，1纳秒的时延则需要20cm的光纤。 

参阅图2，为本发明的另一实施例，与图1不同的是本实施例对P光进行了延迟；脉冲激光束经由面117进入双偏振分束器11后，在第一个分光面112光束会分成P光和S光两束光，S光被反射90°继续在分束器内传输，而P光沿原方向传输并从面113出射，并经由光纤准直器12聚焦耦合进入光纤13，所述的P光在经过光纤13传输后由光纤准直器14变换为准直光束，通过对光纤准直器14的调整使经过光纤传输的这束光仍以P光的形态进入偏振分束器11，在第二个分束面115与S光光束重新合并成一束光再从面117出射；合并后的光束具有两个分裂脉冲，脉冲的幅度大为减小，在时域上则表现为脉冲的展宽。 

图3为本发明级联使用示意图，偏振分束延时的P光和S光入射到后一级的偏振分束器，其偏振面与P光和S光分别成45度角，P光和S光得在后一级分束/合束装置中再次分裂成新的P偏振光和S偏振光，经历各自的时间延时合束，选取不同的保偏光纤长度L₁、L₂、…,k级级联后，获得2^k个偏振分束脉冲，相互的时域延时由所用保偏光纤的长度确定。 

多级偏振分束的脉冲可通过法拉第反射镜改变为正交的偏振方向，反射回来的光P偏振和S偏振交换，沿相对易的路径传播，实现脉冲合束。 

Claims (5)

1.一种基于偏振分束的光纤式脉冲展宽与压缩方法，其特征在于该方法在激光脉冲束经过偏振分束器分束面时分解为P光和S光时，使两光分别沿不同路径传输，P光或S光继续在偏振分束器内传输，S光或P光则反射进入光纤传输，由于传输路径的不同，两束光产生一定程度的时延，时延的大小则完全由光纤的长度所确定，在重新经过偏振合束器分束面合束后，形成有固定间隔的两个子脉冲，子脉冲的幅度为父脉冲的一半，降低了脉冲的峰值功率；并且能够多级级联，每一级都将前一级的子脉冲再次分裂成两个子脉冲，k级级联能将初始脉冲分裂成2^k个子脉冲，而脉冲的峰值功率也相应变为1/2^k。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述光纤传输所用光纤为单模保偏光纤、多模保偏光纤、大模场保偏光纤或光子晶体保偏光纤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述光纤传输的光纤两端装有光纤准直器，该准直器为任何形式的准直聚焦镜或准直聚焦组合镜组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述偏振分束器是：有两个分束面的双偏振分束器、由两个分立的偏振分束器组成的分束器对或者光学胶合的分束器对。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于所述偏振分束器的通光面镀有相应波段的增透膜或者镀有相应波段带通、ASE滤波膜层。