超短光脉冲的发生方法及发生器技术

本发明专利技术涉及激光技术领域，尤其是涉及超短脉冲发生方法及发生器。在发生器的光学回路内形成的超短光脉冲的一次往返包括这些步骤：光脉冲的放大；由于光学透明介质中的光学克尔效应，放大光脉冲的光谱展宽；通过使用第一光谱敏感性光学元件，光谱展宽光脉冲的预定光谱成分的选择；随后再次进行：所选择的光脉冲的放大，由于光学透明介质中的光学克尔效应，所放大的光脉冲的光谱展宽，通过使用第二光谱敏感性光学元件，选择光谱展宽光脉冲的预定光谱成分，在此使用第一光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的光谱成分不同于使用第二光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的光谱成分。

Ultrashort optical pulse generation method and generator

The invention relates to the technical field of laser, in particular to an ultrashort pulse generating method and a generator. In the formation of ultrashort optical circuits in pulse generator for one trip includes the steps of: optical pulse amplification; due to the optical Kerr effect of optically transparent medium, amplify the spectral broadening of optical pulses; by using the first spectral sensitivity of optical element, a predetermined spectral component spectral broadening of optical pulses; then again: the optical pulse amplification due to the optical Kerr effect of optically transparent medium, spectral broadening the amplified optical pulse, by using the second spectral sensitivity of optical elements, a predetermined spectral component spectral broadening of optical pulses, we use spectral components the first optical element selection of spectral sensitivity of optical pulse is different from the use of spectral components second spectral sensitivity of optical element selection of optical pulse.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所提出的专利技术涉及激光
，尤其是涉及一种由于放大光脉冲的光谱展宽而发生超短光脉冲的方法和发生器，这是由光脉冲在脉冲发生器不同部分的双光谱分离以及光学透明材料中的光学克尔效应所致。
技术介绍
现有已知的超短脉冲的发生方法和设备，基于纵向激光的锁模来进行操作，在此通过使用可饱和吸收器来实现锁模，该可饱和吸收器由相关聚合物和碳纳米管的混合物所包裹的光导纤维锥形分段构成。通过光导纤维锥形分段传播的光进入外边并且与碳纳米管相互作用。由于碳纳米管独特的特性，可饱和吸收和锁模是可能的。已知的方法和设备在美国专利申请US2011/0280263A1,2011中所述。这一方法和设备的缺点在于基于碳纳米管和聚合物混合物的可饱和吸收器，类似于可饱和半导体吸收体(SESAM)，往往会降解。由于这一不利的特征极大限制了一次往返器的寿命。此外，使用这一方法，由于碳纳米管不合适的光谱、时间和能量特点，有时不能实现锁模。现有已知的超短脉冲的发生方法和设备，基于纵向激光的锁模来进行操作，在此由于光导纤维中的光学克尔效应，通过非线性极化旋转效应来实现锁模，在此由于光学透明材料内的光学克尔效应，通过自相位调制所致的光谱展宽脉冲的光谱滤波，在具有正常色散的谐振器内形成脉冲。因为光谱滤波，在一次往返器的谐振器内产生特别啁啾的皮秒脉冲，并且在一次往返器输出处，激光脉冲可被压缩至飞秒周期。已知的方法和设备在美国专利申请US2010220751A1,2010中所述。这一已知方法和设备的缺点在于受到任何外部干扰很不稳定，对环境温度波动敏感以及只适合在实验室的条件下使用。即使这样，所生成脉冲的参数常常是不可预期的，因为锁模是使用非偏振保持光导纤维来实现的。待解决的技术问题本专利技术的目的在于提高所发生的超短光脉冲输出功率的稳定性、光学机制的可靠性及简易性、抗外部环境干扰性、抗老化降解性，以及降低成本。
技术实现思路
为了解决上述问题，根据所提出的生成超短光脉冲的方法，其中在发生器光学回路内形成超短光脉冲的一次往返，脉冲在闭式轨迹中传播，包括以下步骤：光脉冲的放大；由于光学透明材料中的光学克尔效应放大的光脉冲的光谱展宽；光谱展宽的光脉冲的光谱成分的选择，其使用第一光谱敏感性光学元件，其中执行不同波长的所展宽的光脉冲的双光谱选择。第一光谱敏感性光学元件选择预定波长的光脉冲，而其他波长的光脉冲被引导离开发生器的光学回路；使用第一光谱敏感性光学元件，所选择的预定波长的光脉冲可以再次被放大，并且由于其他光学透明材料或上述的光学透明材料中的光学克尔效应还可以进行第二次光谱展宽；通过选择预定波长的光脉冲，使用第二光谱敏感光学元件，对于第二次的光谱展宽光脉冲被分成光谱成分，而其他波长的光脉冲被引导远离发生器光学回路，其中使用第一光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的预定波长不同于使用第二光谱敏感性光学元件选择的光脉冲的预定波长，其中操作顺序的循环是通过光脉冲在发生器光学环中的传播和超短光脉冲的生成的重复而形成。在闭式轨迹中，所述光脉冲可以沿圆形传播并且形成超短光脉冲发生器的环型光学回路。在闭式轨迹中，所述光脉冲的传播轨迹可能是线性型的，光脉冲在相同重叠的轨迹中向前和身后传播，并且其形成超短光脉冲发生器的线式光学回路。根据本专利技术的另一个实施例，提出了一种超短光脉冲发生器，其包括光学回路，在其中设有：至少一个光脉冲放大器；至少一个具有光学克尔效应光学透明材料；光谱敏感性光学元件；将光脉冲从光学回路中提取出来的装置以及被设计用于在光学回路中输入种子脉冲的装置，其中设有两个光谱敏感性光学元件，其被设计用于选择预定波长的光脉冲，在此通过使用第一光谱敏感性光学元件选择的预定波长不同于通过使用第二光谱敏感性光学元件选择的预定波长，其中具有光学克尔效应光学透明材料以及光学放大器，被设置于光谱敏感性光学元件之间的超短光脉冲发生器的光学回路中，其中第一和第二光谱敏感性光学元件以此方法进行挑选：它们的选择的光谱没有重叠直到光脉冲光谱在上述光学透明材料的至少一个中被展宽或它们的选择重叠的光谱直到在光学回路中所形成的激光谐振器由于光谱重叠导致的损耗高于其放大，将光脉冲从光学回路中提取出来的装置被设计用于提取光脉冲的其他波长而不是被光谱敏感性光学元件所选择的预定波长。发生器的光学回路可以是环式的，在环式光学回路中设有：至少一个放大器，两个具有光学克尔效应的所述光学透明材料，其一个接一个交替于相应的光谱敏感性光学元件。发生器的光学回路可以是线性型的，其中，线性型光学回路中设有两个光谱敏感性光学元件，两光谱敏感性光学元件间设有：至少一个具有光学克尔效应的上述光学透明材料，以及至少一个放大器，其中设置有线性型光学回路的末端反射器，其将选择的光脉冲的波长反射回脉冲发生器的光学回路。被设计用于在光学回路中输入种子脉冲的装置包括至少一个脉冲发生器的输入支路，其可以光学连接至脉冲光源，优选地至脉冲激光源。将光脉冲从发生器中提取出来的装置包括脉冲发生器的光脉冲输出支路，其中至少一个所述输出支路可以通过光学装置与发生器的至少一个所述种子脉冲输入支路光学连接，其中所述光学装置可是Q开关或激光的光学开关。光谱敏感性光学元件为所述放大器，并且光脉冲的光谱选择过滤功能是和放大器的波长的增益频带相关联的。由于在相同光学透明增益材料(例如，增益光纤或激光增益介质)中的光学克尔效应，光脉冲被放大和被光谱展宽。进一步还包括外部放大器，优选的光纤放大器，其光学连接至任何发生器的输出支路。超短光脉冲发生器是全光纤设计的，也就是，完全是由光导纤维和光纤成分来构建的。整个超短光脉冲发生器是由光纤元件也就是光导纤维和光纤成分来构建。专利技术优点这一方法允许发生具有几纳焦(nJ)能量和约1ps周期的光脉冲。在大多数情况下，依赖脉冲发生器的设计特征，发生的光脉冲为线性啁啾的，所以，使用外部脉冲压缩器，脉冲可以被压缩低至飞秒周期。使用光导纤维，可以构建脉冲发生器，光导纤维可以是偏振保持或非保持的光纤，以及脉冲发生器是特别稳定的或抗温度波动的，其之所以稳定和可靠是因为没有退降元件，如半导体吸收器(例如，SESAM)。发生的光脉冲参数(脉冲周期、能量、重复率、时间特性、光谱特性等)依赖设计特征(无源和有源光导纤维的长度、光纤的纤芯直径、光谱选择性光学元件的光谱特性、放大器的特性和增益)，这可能有非常宽的实用选择。脉冲产生可能独立于脉冲发生器的全机制色散，脉冲发生器机制的全色散可以等于零、正常或异常。只有脉冲的时间和光谱特性依赖于脉冲发生器的机制色散。使用任何与光学克尔效应相关的非线性效应，即，自相位调制、交叉相位调制、四波混频，可以实现光脉冲的光谱展宽。通常，在任何光学透明材料(玻璃、光纤、液体、光子晶体、气体等等)中，可以实现脉冲光谱展宽，其中显示有光学克尔效应(立方非线性不是零点，即，χ(3)≠0)。使用任何放大器，可以放大光脉冲：激光(量子)放大器、光学参量放大器(基于三波或四波非线性相互作用原理的操作)、拉曼放大器、布里渊放大器、半导体光学放大器、光纤放大器。使用介质滤波器(带通、短通、长通、多通等等)、布拉格镜、布拉格光纤光栅、衍射光栅、立奥滤波器、声光可调滤波器、法布里-珀罗干涉仪或任何其特征为波长灵敏度的光学元件，可以执行光脉冲的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超短光脉冲的发生方法，其中所述超短光脉冲的一次往返在发生器光学回路内形成，脉冲在闭式轨迹中传播，包括以下步骤：‑光脉冲的放大；‑基于光学透明材料中的光学克尔效应放大光脉冲的光谱展宽；‑使用第一光谱敏感性光学元件，选择所述光谱展宽的光脉冲的光谱成分，其特征在于：所述第一光谱敏感性光学元件从光脉冲中选择预定波长的所述光谱成分，而其它波长的光脉冲被引导离开所述发生器的光学回路，‑使用所述第一光谱敏感性光学元件选择的所述预定波长的所述光脉冲可以再次被放大，并且由于其它光学透明材料或上述的光学透明材料中的光学克尔效应还可以进行第二次光谱展宽，‑第二次光谱展宽的光脉冲是通过使用第二光谱敏感光学元件选择预定波长的光脉冲光谱成分而分离的，而其它波长的光脉冲被引导离开所述发生器光学回路，其中‑使用所述第一光谱敏感性光学元件选择的所述光脉冲的预定波长不同于使用所述第二光谱敏感性光学元件选择的所述光脉冲的预定波长，其中操作序列的循环是通过光脉冲在发生器光学回路中的传播和超短光脉冲的生成的重复而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.06 LT LT20145051.一种超短光脉冲的发生方法，其中所述超短光脉冲的一次往返在发生器光学回路内形成，脉冲在闭式轨迹中传播，包括以下步骤：-光脉冲的放大；-基于光学透明材料中的光学克尔效应放大光脉冲的光谱展宽；-使用第一光谱敏感性光学元件，选择所述光谱展宽的光脉冲的光谱成分，其特征在于：所述第一光谱敏感性光学元件从光脉冲中选择预定波长的所述光谱成分，而其它波长的光脉冲被引导离开所述发生器的光学回路，-使用所述第一光谱敏感性光学元件选择的所述预定波长的所述光脉冲可以再次被放大，并且由于其它光学透明材料或上述的光学透明材料中的光学克尔效应还可以进行第二次光谱展宽，-第二次光谱展宽的光脉冲是通过使用第二光谱敏感光学元件选择预定波长的光脉冲光谱成分而分离的，而其它波长的光脉冲被引导离开所述发生器光学回路，其中-使用所述第一光谱敏感性光学元件选择的所述光脉冲的预定波长不同于使用所述第二光谱敏感性光学元件选择的所述光脉冲的预定波长，其中操作序列的循环是通过光脉冲在发生器光学回路中的传播和超短光脉冲的生成的重复而形成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述闭式轨迹中光脉冲的传播轨迹是圆形的，并且闭式轨迹构成超短光脉冲发生器的环型光回路。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光脉冲在闭式轨迹中传播的为线性的，所述光脉冲在相同重叠轨迹中向前和向后传播，并且闭式轨迹形成了所述超短光脉冲发生器的线性型光学回路。4.一种超短光脉冲发生器，其包括光学回路(11)，其中设置有：-至少一个光脉冲放大器(5、6)；-至少一个具有光学克尔效应的光学透明材料(3、4)；-光谱敏感性光学元件；-将所述光脉冲从所述光学回路中提取出来的装置，以及-被设计用于将种子脉冲输入进所述光学回路的装置，其特征在于，设置有两个光谱敏感性光学元件(1)和(2)，其被设计用于选择预定波长的光脉冲的光谱成分，在此通过使用所述第一光谱敏感性光学元件(1)选择的预定波长不同于通过使用所述第二光谱敏感性光学元件(2)选择的预定波长，其中，具有光学克尔效应的光学透明材料(3、4)以及光学放大器(5、6)，被设置在所述光谱敏感性光学元件(1)和(2)之间的所述超短光脉冲发生器的光学回路(11)中，其中，所述第一和第二光谱敏感性光学元件(1)和(2)按以下方法选择：它们选择的特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：科斯图踢思·瑞格尔斯克斯，格迪米纳斯·拉斯凯提斯，
申请(专利权)人：国家科学研究所物理和技术科学中心，
类型：发明
国别省市：立陶宛;LT