CN110380331A - 一种缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，首先调制泵浦源产生光脉冲或电脉冲激励增益开关型半导体激光器，并产生具有啁啾脉冲成分和稳态脉冲成分的脉冲激光，再经光路至滤波元件，经滤波处理后可获得短波激光或长波激光，短波激光来源于最初脉冲成分，具有极短的脉冲宽度，可达到缩短脉冲的目的，并调整滤波参数改变短波脉冲激光的波长和脉宽，实现脉冲可调。本发明可应用于单模增益开关半导体激光器中，相较于啁啾补偿和脉冲压缩等常见方法，该方法简单、可行性强、成本低，且可方便的获得光谱纯度高、光脉冲宽度窄、脉冲抖动弱的可调皮秒脉冲，结合光放大、波长转移等技术，可应用在多光子成像及时间分辨光谱等众多领域。

Description

一种缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，涉及一种增益开关半导体激光器结合滤波技术获得皮秒可调短脉冲的方法，尤其涉及一种缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法。
背景技术
皮秒激光脉冲具有皮秒级窄脉冲宽度和高峰值功率等特点，因此在生物探测、医学治疗、微细加工、高速光通信系统、光信息处理、多光子成像以及一些基础研究领域有重要应用价值。最常见的产生皮秒脉冲激光的方法是锁模技术。锁模技术是一种通过使激光器腔内各纵模相位固定而相干加强的获得超短脉冲技术。虽然锁模技术可以实现超短皮秒脉冲，但其对外腔和对准的要求极高，而且易受振动及温度的影响，因此需要严格的隔离系统，设备复杂，成本高。增益开关技术是另一种产生皮秒脉冲的较简便方法。增益开关系统一般由电脉冲泵浦源和激光二极管构成，并且可以通过改变电脉冲的方式调制光脉冲。因其原理简单、重复频率连续可调、结构紧凑、性能可靠等独特优势，增益开关半导体激光系统已被广泛应用于高速光通信网络的搭建和光电采样检测系统等领域（L. Pancheri, D.Stoppa. A low-cost picosecond laser module for time-resolved optical sensingapplications [J]. IEEE Sensor Journal, 2011, 11(6): 1380~1381; A.Kaszubowska-Anandarajah, L. P. Barry. UWB system based on gain-switched laser[C]. 2006 International Topical Meeting on Microwaves Photonics, 2006. 163~166）。但由于增益开关过程中腔内载流子浓度的剧烈起伏所导致的折射率的变化，这会使得输出脉冲具有很强的啁啾效应，产生的脉冲较宽，并且频域上有较大的基底。因此很难仅仅通过增益开关半导体激光器就获得较短的皮秒脉冲激光，这也极大的限制了其应用领域的扩展。
目前，增益开关半导体激光系统中可以通过提高电脉冲的调制频率和电流的方式来获得较短皮秒脉冲，但这对电脉冲系统的要求十分严格，受限于电脉冲技术的现状水平。虽然还可以通过采用啁啾补偿和脉冲压缩等方式获得较短的皮秒脉冲，但这些方法的结构也较为复杂、成本高。
发明内容
本发明的目的是为解决增益开关激光器中存在的技术问题而提供的一种采用滤波缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，该方法简单、输出脉冲短、脉冲可调，具有很好的应用前景。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，该方法为：调制泵浦源产生光脉冲或电脉冲激励单模增益开关型半导体激光器，产生具有啁啾脉冲成分和稳态脉冲成分的脉冲激光，激光先单独通过Ⅰ光路由光谱仪测得滤波波长范围，再单独经Ⅱ光路的滤波元件，经滤波后获得短波激光或长波激光，短波激光缩短脉冲宽度，最后调整滤波元件滤波中心波长或带宽，实现脉冲可调。
所述泵浦源为脉冲激光器或电脉冲发生器。
所述单模增益开关型半导体激光器为VCSEL激光器、DFB激光器或DBR激光器。
所述Ⅰ光路、Ⅱ光路为自由光路或光纤构成的封闭光路。
所述滤波元件为可调窄带带通滤波器、窄通道带通滤光片或短波通型滤波片。
本发明利用增益开关过程中短波长边带的强啁啾效应，并通过光谱分析仪测定增益开关半导体激光器的光谱谱线，确定短波长侧的极快啁啾脉冲范围，此范围亦是滤波元件中心波长范围。此方法可提取出比初始脉冲激光脉冲宽度更短且可调、光谱谱线宽度更窄且波长可调的脉冲激光。
本发明的优势在于：
1）可应用于紧凑的增益开关半导体激光器中，体积小。
2）该方法较其他缩短脉冲方法简单，成本低，可行性强。
3）利用增益开关过程中的强啁啾效应，采用滤波获得短皮秒脉冲，降低了泵浦源的调制要求，避开了受限于电脉冲技术的瓶颈问题。
4）可获得光谱纯度高、光脉冲宽度窄、脉冲抖动弱的极短可调皮秒脉冲激光，在多光子成像及时间分辨光谱等领域有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例2结构示意图；
图3为本发明实施例3结构示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的方式、结构、系统，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1
如图1所示为本发明的一种具体实施方案结构示意图。
本实施例泵浦源为脉冲宽度、脉冲幅值、重复频率可调的电脉冲发生器。
本实施例激光器为可高速调制的980纳米GaAs基单模增益开关DBR-LD。
本实施例滤波元件为窄通道带通滤波片。
首先调制电脉冲发生器产生持续时间0.6纳秒5伏的方波电脉冲，泵浦激光器后产生具有啁啾脉冲成分和稳态脉冲成分的脉冲激光，激光先单独通过Ⅰ光路由光谱仪测得滤波波长范围为976.5纳米到980.3纳米。选择中心波长为978纳米、带宽为1纳米的滤波片，激光经Ⅱ光路的滤波片滤波后获得短波激光。
由光谱分析仪测得激光脉冲谱线半峰宽（FWHM）由2.2 nm经滤波后变为0.57 nm。由时间分辨系统测得激光脉冲宽度由最初的126皮秒缩短为20皮秒。
实施例2
如图2所示为本发明的一种具体实施方案结构示意图。
本实施例泵浦源为脉冲宽度、脉冲幅值、重复频率可调的电脉冲发生器。
本实施例激光器为可高速调制的1550纳米InGaAsP多量子阱单模增益开关DFB-LD。
本实施例光纤波导为单模光纤。
本实施例滤波器为可调窄带带通滤波器，带宽为1纳米。
本实施例采用掺铒光纤放大器EDFA放大滤波所得的光脉冲，从而补偿之前的光强损失。
首先调制电脉冲发生器产生持续时间0.6纳秒3.1伏的方波电脉冲，泵浦激光器后产生具有啁啾脉冲成分和稳态脉冲成分的脉冲激光，由光谱仪测得滤波波长范围为1547.6纳米到1550.8纳米。激光经由滤波器和EDFA后获得短波或长波激光。然后在1547.6 nm~1550.8 nm之间改变滤波器中心波长，获得此范围内波长连续可调的脉冲激光，并测得脉宽。
由光谱分析仪测得激光脉冲谱线半峰宽（FWHM）由2.1 nm经滤波后变为0.56 nm。由二次谐波产生（SHG）强度自相关系统测得激光脉冲宽度滤波前为15皮秒，而经滤波后改变滤波器中心波长，获得的短脉冲激光脉宽可以实现7.2皮秒（1547.6 nm）到15皮秒（1550.8 nm）连续可调。
实施例3
本实施例泵浦源为脉冲宽度、脉冲幅值、重复频率可调的电脉冲发生器。
本实施例激光器为可高速调制的1310纳米InGaAsP多量子阱单模增益开关VCSEL。
本实施例采用半导体光放大器（SOA）先行放大滤波前的脉冲激光，保证输出激光功率。
本实施例光纤波导为单模光纤。
本实施例滤波器为可调窄带带通滤光器，带宽为1纳米。
首先调制电脉冲发生器产生持续时间0.6纳秒4伏的方波电脉冲，并激励增益开关半导体激光器。激光器产生具有啁啾脉冲成分和稳态脉冲成分的脉冲激光，由光谱仪测得滤波波长范围为1307.1纳米到1310.6纳米。激光经光纤至SOA和滤波器后获得短波或长波激光，然后在1307.1 nm~1310.6 nm之间改变滤波器中心波长，获得此范围内波长连续可调的脉冲激光，并测得脉宽。
由光谱分析仪测得激光脉冲谱线半峰宽（FWHM）由2.1 nm经滤波后变为0.56 nm。由二次谐波产生（SHG）强度自相关系统测得激光脉冲宽度滤波前为13皮秒，而经滤波后改变滤波器中心波长，获得的短脉冲激光脉宽可以实现6.7皮秒（1307.1 nm）到13皮秒（1310.6 nm）连续可调。
上述实施例仅为本发明的优选实施方案，本发明的保护内容不局限于上述实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (5)

1.一种缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，其特征在于，该方法为：调制泵浦源产生光脉冲或电脉冲激励单模增益开关型半导体激光器，产生具有啁啾脉冲成分和稳态脉冲成分的脉冲激光，激光先单独通过Ⅰ光路由光谱仪测得滤波波长范围，再单独经Ⅱ光路的滤波元件，经滤波后获得短波激光或长波激光，短波激光缩短脉冲宽度，最后调整滤波元件滤波中心波长或带宽，实现脉冲可调。
2.如权利要求1所述的一种采用滤波缩短脉冲并获得皮秒可调脉冲的方法，其特征在于，所述泵浦源为脉冲激光器或电脉冲发生器。
3.如权利要求1所述的一种采用滤波缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，其特征在于，所述单模增益开关型半导体激光器为VCSEL激光器、DFB激光器或DBR激光器。
4.如权利要求1所述的一种采用滤波缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，其特征在于，所述Ⅰ光路、Ⅱ光路为自由光路或光纤构成的封闭光路。
5.如权利要求1所述的一种采用滤波缩短脉冲并获得可调皮秒脉冲的方法，其特征在于，所述滤波元件为可调窄带带通滤波器、窄通道带通滤光片或短波通型滤波片。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112271538A (zh) * 2020-10-12 2021-01-26 北京卓镭激光技术有限公司 一种激光器及其脉冲宽度调制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0605116B1 (en) * 1992-12-31 1997-04-09 AT&T Corp. Depolarizer for optical components in optical transmission system
CN101295853A (zh) * 2007-04-29 2008-10-29 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种波长可调谐外注入式增益开关激光器
CN201656245U (zh) * 2010-01-28 2010-11-24 深圳市安捷工业光电有限公司 光纤传感用波长可调谐光源
CN102957090A (zh) * 2012-11-29 2013-03-06 合肥知常光电科技有限公司 一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器
CN202917803U (zh) * 2012-11-29 2013-05-01 合肥知常光电科技有限公司 一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器
US20140334513A1 (en) * 2012-01-31 2014-11-13 Tohoku University Semiconductor laser device and apparatus using non-linear optical effect

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0605116B1 (en) * 1992-12-31 1997-04-09 AT&T Corp. Depolarizer for optical components in optical transmission system
CN101295853A (zh) * 2007-04-29 2008-10-29 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种波长可调谐外注入式增益开关激光器
CN201656245U (zh) * 2010-01-28 2010-11-24 深圳市安捷工业光电有限公司 光纤传感用波长可调谐光源
US20140334513A1 (en) * 2012-01-31 2014-11-13 Tohoku University Semiconductor laser device and apparatus using non-linear optical effect
CN102957090A (zh) * 2012-11-29 2013-03-06 合肥知常光电科技有限公司 一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器
CN202917803U (zh) * 2012-11-29 2013-05-01 合肥知常光电科技有限公司 一种可调谐窄线宽皮秒脉冲激光器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112271538A (zh) * 2020-10-12 2021-01-26 北京卓镭激光技术有限公司 一种激光器及其脉冲宽度调制方法

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