CN1797874A - 1微米非线性偏振脉冲整形锁模光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

1微米非线性偏振脉冲整形锁模光纤激光器。本发明的课题是提供操作腔内的脉冲传播、平衡自相位调制和色散所引起的脉冲的增宽/压缩的非线性偏振旋转和色散控制光纤腔。作为解决手段，光纤激光腔包括用于从激光泵浦接受光学输入投影的激光增益介质，包括产生净负色散的正色散光纤段和负色散光纤段，用于在光纤激光腔内平衡自相位调制(SPM)和色散所引起的脉冲的增宽－压缩，以生成变形受限脉冲形状的输出激光，激光增益介质进一步进行激光脉冲的放大和压缩。增益介质包括进行激光脉冲的放大和压缩的掺镱光纤。光纤激光腔还包括具有偏振敏感性的隔离器和偏振控制器，以进一步对输出激光进行整形。

Description

1微米非线性偏振脉冲整形锁模光纤激光器
技术领域
本发明大体涉及用于提供短脉冲锁模光纤激光的装置和方法，更详细地说，涉及对非线性偏振脉冲整形锁模光纤激光器提供改善过的可更良好地控制的脉冲形状的新结构和方法。
背景技术
生成短脉冲锁模光纤激光的现有技术面临着还无法容易地实现超短脉冲高输出激光器的实际应用的技术难题和限制。特别是超短高输出激光器的实际有用性经常因脉冲形状的失真而受阻。而且，这种激光系统形成大型装置的情况也不少，难以保持对准，也缺乏稳固性。这些困难均防碍了超短高输出激光器的实际应用。
回顾历史，由于饱和吸收体的资源有限以及光纤的异常色散，脉冲宽度达到飞秒级的锁模激光的生成仍是一项困难的技术。一直以来，在短于1.3μm的波长中工作的短脉冲锁模光纤激光器所具有的特定困难是，在这一波长区域中不存在用于色散补偿的简单的完全基于光纤的解决对策(对于超过1.3μm的波长而言，存在呈现正常或者异常色散中的任意一种的几种类型的光纤，可以通过集中并接合不同长度的光纤，得到产生可调节的色散的腔)。因此，以往的研究者使用称作光栅对和棱镜的体式装置(bulk device)向腔提供色散的可调量。遗憾的是，这些装置需要将光纤耦合到体装置中，从而导致激光器对于对准即环境极为敏感的结果。
几种现有技术公开了用于构成超短高输出激光系统的各种半导体饱和吸收体。但是，这种结构由于自由空间光学的具体化而通常开发成大型且稳固性低的系统。参照例如非专利文献1、2。
随后，公开了进一步改善短脉冲高输出激光的生成的扩展锁模光纤激光器。但是，即使在扩展锁模光纤激光器中，1/4波长延迟器和分离器等用于准直和耦合的自由空间光学元件也实现了具体化。参照例如非专利文献3、4。
例如在非专利文献5、6中公开了现有的激光器。例如在非专利文献7中公开了色散控制的示例。
【非专利文献1】Appl.Phys.B，70，375-378(2000年)，S.N.Bagayev、S.V.Chepurov、V.M.Klementyev、S.A.Kuznetsov、V.S.Pivtsov、V.V.Pokasov、及V.F.Zakharyash，“A femtosecondself-mode-locked Ti：sapphire laser with high stability ofpulserepetition frequency and its applications”
【非专利文献2】Science第288卷、pp.635-639(2000年)、70、375-378(2000年)，Jones D.J、Diddams S.A.、Ranka J.K.、StentzA.、Windeler R.S.、Hall J.L.、Cundi(R)S.T.，“Carrier envelopephase control of femtosecond mode-locked laser and direct opticalfrequency synthesis”
【非专利文献3】IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS第37卷、第12号、2001年12月，John L.Hall、Jun Ye、Scott A.Diddams、Long Sheng Ma、Steven T.Cundi(R)及David J.Jones，“UltrasensitiveSpectroscopy，the Ultrastable Lasers，the Ultrafast Lasers，andthe Seriously Nonlinear Fiber：A New Alliance for Physics andMetrology”
【非专利文献4】IEEE J.Quant.Electron.第37卷、1502(2001年)，L.Hollberg、C.W.Oates、E.A.Curtis、E.N.Ivanov、S.A.Diddmas、Th.Udem、H.G.Robinson、J.C.Bergquist、R.J.Rafac、W.M.Itano、R.E.Drullinger及D.J.Wineland，“Optical frequencystandards and measurements”
【非专利文献5】Appl.Phys.1975年、第7卷、p71，Bagayev S.N.、チエボタイエフV.P.，“Frequency stability and Reproducibilityof the 3.39lm He-Ne Laser Stabilized on the Methane Line”
【非专利文献6】Springer Ser.Opt.Sci.，1977年、第7卷、p56，エベンソンK.M.、ジエニングスD.A.、ピ一タ一ソンF.R.、“LaserFrequency Measurements：A Review，Limitations，Extension to 197Thz”
【非专利文献7】SPIE 4974，148(2003年)、V.ライケル等，“Applications of pump multiplexed Yb-doped fiber lasers”
与这种激光系统的实际应用相关的限制在进一步缩小脉冲宽度时，由于随着高输出光纤放大的条件而进一步恶化的脉冲形状失真而更加显现。当脉冲宽度窄到飞秒级时，峰值输出上升到超过10kW，自相位调制(SPM)和XPM等较强的非线性效果将导致更严重的光谱上和时间上的增宽。这些非线性效果以及光谱上和时间上的增宽还对激光脉冲造成更大程度的失真。即使能够使用大模场(LMA)光纤，抑制SBS和SRS，增加饱和输出，也无法容易地解决这些技术上的困难。但是，大模场光纤也会在其具体实施时导致峰值输出的抑制，由于效率低下而导致不期望的结果。
由于对于超高速现象的测量、微机械加工和生物医学应用而言，短脉冲锁模的更广泛的应用和有用性已经得到了证明，所以存在要求解决这些技术困难的迫切需求。已经公开了尝试解决这种困难的各种技术。在这种技术中，包括了非线性偏振旋转(NLPR)或者上述扩展锁模光纤激光器的应用。由于NLPR进行时域的基于强度的偏振旋转，所以无法防止时域和谱域两方面的偏振旋转所导致的脉冲形状失真。由于这些原因，现有技术没有提供有效的系统结构和方法，以提供用于生成可容许脉冲形状的高输出激光脉冲的有效的超短脉冲高输出激光系统。
除上述困难之外，这些激光系统在激光腔中需要光栅对以控制色散。这种系统中的对准的保持成为耗时的任务，从而防碍了利用自由空间光学元件和光栅对来具体实施的系统的实际应用。并且，光栅对进一步增加了激光装置的大小和重量，也防碍了为利用这种激光源来具体实施的装置的小型化所作的努力。
因此，在光纤激光器设计和制造的领域中，还存在提供新的且改善过的结构和方法的要求，所述结构和方法提供能够解决上述困难、产生能够更好地控制的脉冲形状的超短高输出锁模光纤激光器。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供对腔内的脉冲传播进行操作并平衡自相位调制(SPM)和色散所引起的脉冲的增宽/压缩的非线性偏振旋转(NPE)和色散控制光纤腔、以及使用其的生成变形受限输出激光的方法。
该偏振脉冲整形方法通过光纤长度、非线性效果、以及色散的组合效果生成变形受限脉冲形状(transform-limited pulse shape)，其结果是能够解决现有技术遇到的困难。
简单地说，在优选实施方式中，本发明公开了光纤激光腔，该光纤激光腔包括用于从激光泵浦接受光学输入投影的激光增益介质。该光纤激光腔还包括生成净负色散的正色散光纤段(positive dispersionfiber segment)和负色散光纤段(negative dispersion fiber segment)，其用于在光纤激光腔内平衡自相位调制(SPM)和色散所引起的脉冲的增宽一压缩，以生成变形受限脉冲形状的输出激光，激光增益介质进一步进行激光脉冲的放大和压缩。在优选实施方式中，该光纤激光腔还包括作为隔离器而工作的分束器，所述隔离器具有偏振敏感性、且用于将激光脉冲的一部分传递给产生异常色散的光投影传递用的光栅对，以进一步对输出激光进行整形。在另一种优选实施方式中，光纤激光腔包括法拉第旋转镜(faraday rotating mirror)，以反转来自光栅对的激光的偏振。在优选实施方式中，增益介质还包括掺镱光纤，以放大和压缩激光脉冲。在另一种优选实施方式中，该光纤激光腔还包括具有偏振敏感性的隔离器和偏振控制器，以进一步对输出激光进行整形。
在优选实施方式中，本发明还公开了用于从包括激光增益介质的激光腔中生成脉冲形的变形受限输出激光的方法。该方法包括通过采用生成净负色散的正色散光纤段和负色散光纤段，来形成激光腔的步骤。并且，该方法还包括从激光泵浦向光纤激光腔投影输入激光的步骤，用于在增益介质内进行激光脉冲的放大和压缩以便在光纤激光腔内平衡色散所引起的非线性和自相位调制(SPM)，以生成变形受限脉冲形状的输出激光。在优选实施方式中，该方法还包括采用分束器作为隔离器的步骤，所述隔离器具有偏振敏感性、且用于将激光脉冲的一部分传递给产生异常色散的光投影传递用的光栅对以进一步对输出激光进行整形。在优选实施方式中，该方法还包括采用法拉第旋转镜的步骤，以反转来自光栅对的激光的偏振。在优选实施方式中，该方法还包括采用掺镱光纤作为用于激光脉冲的放大和压缩的增益介质的步骤。
通过阅读附图中所例示的以下的优选实施方式的详细说明，本领域人员将了解本发明的这些以及此外的目的和优点。
附图说明
图1是本发明的短脉冲锁模光纤激光器的功能方框图。
图2是本发明的全光纤短脉冲锁模光纤激光器的功能方框图。
图3是用于表示提供飞秒激光脉冲用的高输出放大器的功能方框图。
图4(A)、图4(B)是表示激光脉冲在激光腔中传播时的偏振变化的波形图。
图5是用于表示作为光学输出的函数示出的相位变化分析结果的曲线图。
图6是没有产生显著失真的高输出超短脉冲放大的波形图。
图7是表示本发明的光栅结构的示意图。
图8是成对结构的光栅的使用例的概略图。
具体实施方式
参照图1，示出了本发明的非线性偏振脉冲整形锁模光纤激光器100的概略图。光纤激光器是环形结构激光器，包括：作为增益介质的掺镱(Yb)光纤(YDF)105；第1和第2准直器135-1、135-2；第1和第2偏振控制器140-1、140-2；980/1550WDM(wavelength divisionmultiplexer，波分复用)耦合器110；以及输出分束器130。输出分束器130与法拉第旋转镜150所耦合的成对光栅145-1与145-2耦合。YDF105中的0.5米在光纤激光器内作为增益介质使用，用于脉冲宽度的放大和压缩。该光纤具有例如在976nm处为600dB/m的高掺杂浓度，伴有-55ps/nm/km的色散。通过波分复用器110耦合的980nm的高输出泵浦激光二极管101用于YDF 105的泵浦，以放大在腔内循环的脉冲。该腔的其余部分包括单模(SM)光纤，例如：具有约为3米长度的-20ps/nm/km的光纤115；以及由Corning公司作为标准光纤出售的HI 1060光纤120，其具有约为0.5米的长度、伴有在1060nm处为-20ps/nm/km的色散。偏振分离器130提供作为隔离器的功能，用于将预定偏振状态的光的一部分耦合到腔外。增益介质YDF 105具有正常色散光纤(β”＞0)，该光纤的其余部分是负色散光纤(β”＜0)，将腔整体的平均色散设计为在异常色散(β”＜0)下工作。本发明具体实施光栅对或者PGB光栅中的任意一种，实现用于稳定的变形受限脉冲的异常色散。腔整体的平均色散设计为在异常色散(β”＜0)下工作。
本发明的光纤激光器100和非专利文献5、6中所公开的现有激光器的不同之处是，在1微米区域中实现短脉冲锁模光纤激光器。特别是，图1公开了特殊的∑结构的激光腔。∑结构提供下述优点：控制腔内的脉冲传播，另一方面，还平衡自相位调制(SPM)和色散，降低放大区域中的饱和效果。相对于此，由于SPM的非线性相位变化引起的NPE的强度取决于单脉冲内的偏振。脉冲在具有偏振敏感性的分离器内通过时，与分离器对准(通过调节偏振控制器)的最高强度通过，该脉冲的较低部分被滤除，其结果是脉冲被整形。其作为饱和吸收体(SA)工作，缩小脉冲宽度。由于在1微米区域中，光纤仅工作为产生正色散，所以使用成对光栅145-1和145-2来实现负色散，可以通过改变两个光栅的相隔距离而调节其值。使用法拉第旋转镜150，反转偏振状态来作成具有正交状态的偏振的反射脉冲，其结果是向另一个方向传播。
在将如图1所示那样构成的激光系统与和成对光栅145-1和145-2耦合的具有偏振敏感性的分束器130一同使用时，生成了产生偏振的输出激光束。对于锁模光纤激光器，耦合比可在约10+/-5％之间进行调节。而且，通过利用色散匹配和非线性偏振旋转，图示的激光系统成为自启动型，由此极大地简化了操作步骤。
如本发明所公开的偏振整形锁模技术不同于如上述的由John L.Hall等、L.Hollberg等和S.A.Diddmas等公开的非线性偏振旋转(NLPR)或者扩展锁模法等现有方法。其中，至少存在下述3个主要的差别。
(1)现有的NLPR技术仅仅考虑了时域的基于强度的偏振旋转。本发明应用光学传递的偏振旋转，考虑时域(基于强度)以及谱域(基于波长)两方面的变量。这是通过选择起偏器和1/4波片与半波片(QWR/HWR)来实现的。基本上，延迟器的带宽和双折射材料的指数差Δn成正比，相位＝NΔn/λ，其中，λ是波长，N是延迟器或者双折射材料例如光纤的次数。可知，在该式的微分中，带宽Δλ和NΔn的积成反比。这表明本发明的激光系统可通过使用低次的延迟器，例如N＝1、以及低双折射材料，实现更大的带宽操作。因此，调节延迟器，使更大的带宽通过起偏器或者具有偏振敏感性的隔离器。
(2)现有技术仅仅考虑色散匹配，但本发明的脉冲整形功能不仅考虑色散匹配，还考虑色散梯度匹配，以确保在更大的光谱带宽中控制色散匹配。这可以通过使用产生不同色散和梯度的2个或者更多数量的光纤的组合来实现，例如光纤1具有不同的色散和色散梯度，以适当的长度比组合这些因素，由此如图4A所示，可以在所关注的波长区域中的大范围内使总色散为零。因此，本发明提供了能够最大限度地使用增益带宽、并且因带宽与脉冲宽度成反比而相应地将脉冲宽度压缩到最小的激光系统。
(3)现有的激光系统在激光系统内设有体式自由空间光学系统来具体实施，以进行色散补偿或者偏振控制中的任意一种。如图1所示，如下面的更详细的说明，本发明利用完全基于光纤的元件而具体实施，排除了所有的自由空间元件。这样，如本发明所公开的系统提供了用于纳米加工系统应用的小型化的终极方法、以及超短脉冲激光器模块。
图2是示出了本发明的超小型且低成本的完全基于光纤的高输出飞秒光纤激光系统的概略图。该激光系统利用完全基于光纤的元件构成。该光纤激光器具有通过980或者1550nm WDM 110接受激光输入的环形结构。完全基于光纤的激光器100′为和图1所示结构相类似的结构，将掺镱光纤105作为进行脉冲宽度的放大和压缩的增益介质使用。为了腔内脉冲的放大，利用通信级的980nm泵浦激光来进行镱离子的泵浦。为了光纤激光腔内的色散和色散梯度的补偿，不使用光栅对或者棱镜，而采用了另一种光子晶体(PC)光纤125。由于PC光纤125因独特构成的特性而可在1060nm范围内同时提供正常和异常色散、且可控制它们的色散梯度，所以能够在顾及色散匹配和色散梯度匹配双方面的条件下设计光纤激光腔，由此可以最大限度地缩窄脉冲。和现有技术相比，图2所示的系统在实现小于50飞秒的超短脉冲时，考虑在时域(基于强度)和谱域(基于波长)二者中的偏振旋转。偏振滤波是通过控制色散和色散梯度二者，再通过使用基于光纤的串列的(in-line)偏振隔离器和偏振控制器来实现的。完全基于光纤的激光器100′在使用单模(SM)尾纤实现的串列的具有偏振敏感性的隔离器135′前后采用串列的偏振控制器140-1和140-2。串列的具有偏振敏感性的控制可以是由GeneralPhotonics公司销售的产品，例如PolaRite系列中的一种。偏振隔离器135′具有高消光比，并且在宽光谱中仅仅允许一种线偏振通过。由于SPM的非线性效果，折射率取决于输出强度，其结果是，在各个脉冲中，高强度峰值经历和低强度的侧边所经历的情况不同的由强度所引起的折射。在对准峰值偏振和偏振隔离器时，仅可以传递脉冲的峰值部分，侧边部分被遮挡。因此，通过组合偏振整形和色散控制，可以将脉冲锁模至飞秒级。
和图1所示的激光器相同，放大是通过使用图3所示的、具有大模场(LMA)的高浓度双包层掺镱光纤(DCYDF)105的小片来实现的。按照较短的长度组合的DCYDF的LMA有助于SPM和XPM等非线性效果和色散的平衡，其结果是，放大之后，脉冲宽度没有增宽。也可以将DCYDF作为PC光纤，同样能够实现色散和SPM的平衡。图2所示的激光系统具有不必对准和保持的优点。和现有的锁模固态和/或光纤激光器相比，更容易处理完全基于光纤的的光纤激光器和放大器。没有与此相关的对准和再对准的问题。在同时接合并封装光纤和元件之后，无需由特别训练过的技术人员来操作和维护，从而显著地减少了现场应用时的成本和风险。此外，由于光纤的柔软性，无需作出额外的光学对准，也容易将其与望远镜/对焦系统等其它模块进行组合。该激光系统还利用YDF的增益的全谱来提供适合于纳米材料处理的高质量激光。激光系统采用用于腔中的增益介质和传输光纤二者的全光子晶体光纤来具体实施，以补偿色散和色散梯度二者。在中空栅格形状等的其结构的操作、以及用于得到小于1300nm的范围内的正常和异常色散的填充率中，图示的光子晶体(PC)光纤呈现出新特征。通过选择各种PC光纤，将PC光纤用于腔中的色散和梯度二者的补偿，作成短脉冲光纤激光器。而且，由于与通常的单模光纤相比具有较小的有效区域的一种独特特性，能够在光纤中导致较强的非线性效果，利用其对SPM的影响，通过选择合适的PC光纤，可以实现较短的腔。另一方面，利用空心PC光纤的特性，能够提取较大的脉冲能量。
如图3所示，双包层掺镱光纤(DCYDF)105用于随着飞秒超短脉冲放大，将通过泵浦耦合光学系统110′从高输出泵浦101输入的种子脉冲放大到10W的平均输出。这不同于CW(连续波)和纳秒(NS)脉冲。必须特别考虑SPM、XPM和FWM的效果。必须慎重选择色散，使所有效果匹配且平衡，避免非线性短脉冲光纤传输模式中的脉冲的增宽和失真。
为了进一步提高色散控制的性能，如非专利文献7中所公开的那样，通过操纵气孔的填充率，来具体实施特殊的光纤。其结构通过下述方法而作成：将硅毛细管堆积成六边形的稠密结构，并且在堆积体的中心将毛细管置换成实心硅棒，形成实心纤芯。以相似的方式形成空心，从而作为光子带隙PBG光纤形成一般公知的光纤。图6A和6B示出了PCF的SEM图像、色散和梯度的变化对孔尺寸。其清楚地示出：在优化光子晶体光纤(PCF)结构时，能够在超过200nm的光谱范围内将色散变平坦。现有的光纤皆无实现这种性能的可能性。
在利用如图2所示的激光系统时，实现了超过10W的高输出。而且，通过使用市面上销售的DCYDF而产生最小的非线性效果，由此泵浦输出转换效率高达85％。光纤激光器的光束输出具有产生M2＝1的单模衍射限定质量的性质的良好的输出光束质量。增益光纤能够卷绕成小尺寸，并可以和小型尺寸的其它元件一起封装。如按照图2构成的15W光纤激光器的标准产品是：所有元件均封装到尺寸约为130mm×70mm×35mm的收容壳内。从而提供了能够方便地定制的小型尺寸的激光系统。
光纤呈现出取决于2个正交偏振场分量的局部强度的非线性双折射。其结果是，椭圆偏振的脉冲具有2个正交分量，即x分量和y分量。这两个分量受到不同的相移，其结果是，偏振椭圆旋转。由于该相移是取决于强度的过程，所以按照与脉冲的局部强度相对应的不同量来旋转脉冲的偏振。图4A和4B示出了偏振对脉冲的物理效果。如果假设可以忽略非线性效果、且图4A表示出发射到各向同性光纤内的均匀地偏振的脉冲，则得到如图4B中示出的均匀地偏振的输出脉冲。因此，可以通过将相同脉冲发射到伴随着自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)的效果而具体实施的相同光纤中，生成和图4B类似的输出。研究图4B，观察到：低强度的侧边没有受影响，随着脉冲强度增加，偏振椭圆旋转。因此，由于此时的偏振取决于脉冲强度，由自相位调制(SPM)的非线性相位变化引起的非线性相位旋转(NPE)导致偏振旋转。这样，通过由SPM引起的NPE产生了锁模机制。在该脉冲能在由偏振控制器控制并调节的具有偏振敏感性的隔离器内通过时，仅有和该隔离器对准的最高的强度通过。该脉冲的强度较低的部分被滤除。其结果是：脉冲被很好地整形，从而作为缩小脉冲宽度的饱和吸收体(SA)进行工作。偏振控制器140可以是基于光纤的，或者是体式光学1/4波长/半波长延迟器，或者是二者的组合。“具有偏振敏感性的隔离器和偏振控制器”进行工作，为在时域中具有不同偏振状态的脉冲选择偏振。
当脉冲在光纤激光腔内循环时，由于高峰值输出和短脉冲宽度(＜皮秒)，在负的异常单模光纤和正的正常色散光纤区域二者中，激光脉冲经历由自相位调制(SPM)引起的脉冲增宽效果。而且，在YDF 105内的正色散区域，即β”＞0的区域中，由于峰值输出非常高(在200飞秒的脉冲中超过200W)，所以在YDF 105的部分内，非线性长度和色散长度相等，即约为1m。通过利用自相位调制(SPM)和色散二者的效果，能够压缩脉冲。为了量化在产生10微米的模场直径的光纤上的(SPM)相位变化的非线性效果，进行了分析。图5是其分析的结果。根据图5，光的相位(与偏振状态对应)很大程度上取决于光的强度和波长。在预定的波长中，3dB的输出变化可产生50％的相位变化。在预定的输出电平中，10％的波长变化可产生等量的相位变化。
由于掺镱光纤的增益能够覆盖从1000nm到1100nm的100nm，所以该增益介质能够生成小于50飞秒的非常短的脉冲。但是，由于偏振状态是波长的函数(与Δλ/λ成正比，在Yb光纤激光器中为10％)，所以在谱域中，不同波长将经历不同的偏振状态。并且，这将影响脉冲宽度和质量。而且，即使能够在特定带宽中进行色散管理，也无法使用现有光纤来覆盖其增益介质的100nm的整个带宽。出于生成超短激光脉冲的目的，必须考虑到色散梯度补偿。结论是：为了利用YDF的最大增益谱，要进行谱域中的偏振补偿，并且也确实需要进行色散梯度补偿。在具有10微米的模场直径的光纤中执行模拟分析，量化对于(SPM)相位变化的非线性效果。图5是产生与偏振状态对应的光相位的模拟结果，其对光的强度和波长具有较强的函数关系，并且极大地取决于光的强度和波长。在预定的波长中，3dB的输出变化能够产生50％的相位变化。在预定的输出电平中，波长的10％的变化能够产生等量的相位变化。
通过使用产生适当色散的高浓度掺镱光纤，图1和2所示出的系统能够对1mW、100飞秒的脉冲在抑制脉冲增宽效果的同时放大到100mW。图6示出了在放大前后，从自相关器获得的脉冲迹线。这里示出了几乎没有失真或者增宽效果的情况。在采用适当选择的色散来具体实施高浓度双包层掺杂光纤时，由于光纤允许较多的泵浦输出发射到光纤中，所以能够将输出进一步放大到1W。
图7示出了本发明的另一种优选实施方式。不使用如图8所示的光栅对，而使用屋脊镜(roof mirror)145-1′，来置换在现有的激光系统中具体实施的光栅对结构。该屋脊镜用于置换、以及对光进行反射而使其回到光栅上，由此使用一个光栅就能够实现脉冲的扩展和压缩。
以上，说明了现有的优选实施方式，但本发明不限于上面所公开的内容。只要是本领域技术人员就能理解上述内容允许各种变更和修改。因此，附加的权利要求可解释为涵盖了包括在本发明真正的技术思想范围中的所有变形和修改。

Claims (35)

1.一种光纤激光腔，具有从激光泵浦接受光学输入投影的激光增益介质，其中，
还具有正色散光纤段和负色散光纤段，其生成用于在上述光纤激光腔内平衡自相位调制(SPM)和色散所引起的脉冲增宽/压缩的净负色散，以生成变形受限脉冲形状的输出激光，上述激光增益介质进一步进行激光脉冲的放大和压缩。
2.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
还具有作为隔离器而工作的分束器，所述隔离器具有偏振敏感性、且将激光脉冲的一部分传递给产生异常色散的光投影传递用光栅对，来进一步对上述输出激光进行整形。
3.如权利要求2所述的光纤激光腔，其中，
还具有将来自上述光栅对的激光的偏振反转的法拉第旋转镜。
4.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述增益介质具有放大和压缩激光脉冲的掺镱光纤。
5.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
还具有进一步对上述输出激光进行整形、且具有偏振敏感性的隔离器和偏振控制器。
6.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述增益介质包括具有正色散的掺镱光纤。
7.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述激光腔是环形激光腔。
8.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述增益介质具有构成产生约-55ps/nm/km的色散的正色散光纤段的掺镱光纤。
9.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
还具有输出耦合器，其传递激光的一部分作为来自上述光纤激光腔的上述输出激光。
10.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
还具有与上述增益介质连接的构成负色散光纤段的单模光纤。
11.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述输出激光包含实质上具有小于等于1飞秒的脉冲宽度的激光。
12.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述输出激光包含实质上具有小于等于1飞秒的脉冲宽度和高斯脉冲形状的激光。
13.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述输出激光包含实质上具有小于等于1飞秒的脉冲宽度和孤波脉冲形状的激光。
14.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述输出激光包含实质上具有小于等于1飞秒的脉冲宽度和双曲线脉冲形状的激光。
15.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述增益介质还具有双包层掺镱光纤(DCYDF)。
16.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述增益介质包括具有大模场(LMA)的双包层掺镱光纤(DCYDF)。
17.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
上述增益介质包括双包层掺镱光子晶体光纤。
18.如权利要求1所述的光纤激光腔，其中，
还具有作为隔离器而工作的分束器，所述隔离器具有偏振敏感性、且将激光脉冲的一部分传递给屋脊镜和具有产生异常色散的光投影传递用反射光栅的反射镜，来进一步对上述输出激光进行整形。
19.一种从具有激光增益介质的激光腔生成脉冲形状的变形受限输出激光的方法，具有：
利用生成净负色散的正色散光纤段和负色散光纤段，来形成上述激光腔的步骤；以及
从激光泵浦向上述光纤激光腔投影输入激光的步骤，在上述光纤激光腔内平衡由色散引起的非线性和自相位调制(SPM)，以在上述增益介质中进行激光脉冲的放大和压缩，从而生成变形受限脉冲形状的输出激光。
20.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用分束器作为隔离器的步骤，所述隔离器具有偏振敏感性、且用于将激光脉冲的一部分传递给产生异常色散的光投影传递用光栅对，以进一步对上述输出激光进行整形。
21.如权利要求20所述的方法，其中，
还具有采用将来自上述光栅对的激光的偏振反转的法拉第旋转镜的步骤。
22.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用掺镱光纤作为进行激光脉冲的放大和压缩的上述增益介质的步骤。
23.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用具有偏振敏感性的隔离器和偏振控制器以进一步对上述输出激光进行整形的步骤。
24.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用具有正色散的掺镱光纤作为用于激光脉冲的放大和压缩的上述增益介质的步骤。
25.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用产生具有约-55ps/nm/km的色散的正色散的掺镱光纤作为用于激光脉冲的放大和压缩的上述增益介质的步骤。
26.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用用于传递激光的一部分作为来自上述光纤激光腔的上述输出激光的输出耦合器的步骤。
27.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有将构成负色散光纤段的单模光纤与上述增益介质连接的步骤。
28.如权利要求19所述的方法，其中，
上述输出激光包含实质上具有小于等于1飞秒的脉冲宽度的激光。
29.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有生成包含实质上小于等于1飞秒的脉冲宽度和高斯脉冲形状的上述输出激光的步骤。
30.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有生成包含实质上小于等于1飞秒的脉冲宽度和孤波脉冲形状的上述输出激光的步骤。
31.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有生成包含实质上小于等于1飞秒的脉冲宽度和双曲线脉冲形状的上述输出激光的步骤。
32.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用双包层掺镱光纤(DCYDF)作为上述增益介质的步骤。
33.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用具有大模场(LMA)的双包层掺镱光纤(DCYDF)作为上述增益介质的步骤。
34.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用双包层掺镱光子晶体光纤作为上述增益介质的步骤。
35.如权利要求19所述的方法，其中，
还具有采用作为隔离器而工作的分束器的步骤，所述隔离器具有偏振敏感性、且将激光脉冲的一部分传递给屋脊镜和具有产生异常色散的光投影传递用反射光栅的反射镜，以进一步对上述输出激光进行整形。
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