基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法技术

本发明专利技术涉及一种基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，激光信号经过多级预放部分多级放大后依次进入脉冲时序选择模块和脉冲压缩模块，从拉曼输出模块输出，拉曼输出模块经过反馈模块将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪，将产生高阶拉曼时的输出临界功率所对应的重复频率作为反馈信号送回脉冲时序选择模块，实现对注入脉冲重复频率的调制；另外一路光接入到自相关仪，选择最佳的光栅间距反馈给脉冲压缩模块，实现拉曼光谱展宽；最终拉曼输出模块获得飞秒量级的拉曼脉冲输出。实现了用单一波长的泵浦光，单一增益光纤获得可调谐波长的多阶拉曼脉冲激光器，其脉冲宽度可达到飞秒量级。

Multistage Tunable Raman Amplification Based on Self-Similar Amplification Technology

The present invention relates to a multi-stage tunable Raman amplification method based on self-similar amplification technology. After multi-stage pre-amplification, the laser signal is sequentially amplified into pulse timing selection module and pulse compression module, and output from Raman output module. The Raman output module divides the output energy into two channels through feedback module, one of which is connected to the spectrometer and generates high-order Raman. The repetition frequency corresponding to the output critical power is sent back to the pulse timing selection module as a feedback signal to modulate the injection pulse repetition frequency. In addition, one path of light is connected to the autocorrelator, and the optimal grating spacing is selected to feed back to the pulse compression module to realize the Raman spectrum broadening. Finally, the Raman output module obtains the femtosecond Raman pulse output. A multi-order Raman pulse laser with tunable harmonic length is realized by pumping a single wavelength and a single gain fiber. Its pulse width can reach the order of femtosecond.

【技术实现步骤摘要】
基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法
本专利技术涉及一种超快激光脉冲放大技术，特别涉及一种基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法。
技术介绍
光纤激光器由于其结构紧凑，效率高，光束质量好等特点，成为当今激光技术研究的热点。其在纳米制造、物质检测、基础科研、工业加工、医疗卫生等诸多领域都有很广泛的应用。目前而言掺镱光纤激光器是激光系统的主流，而利用放大过程中非线性效应可以获得对应于信号光的多阶拉曼脉冲输出，进而实现多种波段的拉曼激光。拉曼光纤激光器在长距离传输、宽波段、高功率以及信噪比等领域，都优于其他传统的掺稀土光纤激光器。因此拉曼光纤激光器是一种可以同时实现高功率和宽波段输出的光纤激光器。而目前光纤拉曼激光器的实验结构有如下几种：多波长泵浦的宽带拉曼光纤激光器、宽带高增益色散补偿拉曼光纤激光器、混合拉曼光纤激光器。然而，这些结构所得到的拉曼脉冲的宽度都比较宽(数十皮秒的量级)，无法实现飞秒量级的脉冲输出。然而在物质检测、生物医疗等领域，对拉曼激光的脉冲宽度有一定的要求，需要达到飞秒量级。同时现有的拉曼激光器输出大多都是单一波长的拉曼激光。而往往在激光物质检测检测、激光医疗领域常用的多波长泵浦的拉曼激光器则需要多种波长的泵浦光，这种激光器所需的波分复用器制作很难，而且器件的损伤阈值只有几瓦。混合拉曼激光器避免了在传统的拉曼光纤激光器中需要承受高功率的波分复用器，其结合了传统的掺稀土激光器和拉曼放大器，在实验中获得了千瓦量级的拉曼激光输出，但是这样的结构势必比较庞大，且成本高昂。
技术实现思路
本专利技术是针对光纤拉曼激光器存在的问题，提出了一种基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，实现了用单一波长的泵浦光，单一增益光纤获得可调谐波长的多阶拉曼脉冲激光器，其脉冲宽度可达到飞秒量级。本专利技术的技术方案为：一种基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，激光信号经过多级预放部分多级放大后依次进入脉冲时序选择模块和脉冲压缩模块，从拉曼输出模块输出，拉曼输出模块经过反馈模块将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪，将产生高阶拉曼时的输出临界功率所对应的重复频率作为反馈信号送回脉冲时序选择模块，实现对注入脉冲重复频率的调制；另外一路光接入到自相关仪，选择最佳的光栅间距反馈给脉冲压缩模块，实现拉曼光谱展宽；最终拉曼输出模块获得飞秒量级的拉曼脉冲输出。所述拉曼输出模块经过反馈模块将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪中，改变重复频率，观察光谱仪中光谱成分的变化，获得产生高阶拉曼时的临界功率曲线，选择最低临界功率对应的重复频率反馈作用于脉冲时序选择模块中的驱动电源上，驱动电源输出的频率信号作用在压电换能器上，压电换能器输出作用于声光介质上，改变声光介质的折射率，最终实现对注入脉冲重复频率的调制。所述脉冲时序选择模块输出的激光源进入脉冲压缩模块，首先通过二分之一波片后，从方形反射镜的上方通过，然后依次通过第一光栅，棱镜对和第二光栅后，到达一片0度反射镜，棱镜对中其中一个棱镜放置在第一电控式一维调整架上，第二光栅和0度反射镜放置在第二电控式一维调整架上，在反射镜上反射后，再依次通过棱栅对，最后通过方形反射镜输出激光；反馈模块中自相关仪根据拉曼输出模块输出光谱及脉冲宽度，通过调节两台电控式一维调整架，对输出光谱和脉冲宽度进行观察，使得在相同的输出功率的情况，分析光谱中的拉曼成分，越多越好，同时满足输出脉冲不能有明显分裂，通过两台电控式一维调整架结合调节获得最优的棱栅对的位置。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，利用脉冲高峰值功率引发的非线性效应，在放大过程中产生多阶拉曼激光(斯托克斯和反斯托克斯辐射)。拉曼脉冲在主放大系统获得增益，同时由于自相位调制效应，拉曼光谱展宽，而更宽的拉曼光谱可在多阶拉曼激光放大过程的同时实现拉曼脉冲的压缩，从而获得飞秒量级的拉曼脉冲输出。附图说明图1为本专利技术多阶可调谐拉曼光纤放大方法的示意图；图2为本专利技术多级预放部分的示意图；图3为本专利技术脉冲时序选择模块示意图；图4为本专利技术脉冲压缩模块示意图；图5为本专利技术拉曼输出模块示意图。具体实施方式如图1所示多阶可调谐拉曼光纤放大方法的示意图。信号依次传递经过多级预放部分100，脉冲时序选择模块200，脉冲压缩模块300和拉曼输出模块400，拉曼输出模块400输出再通过反馈模块500将信号分别返回到脉冲时序选择模块200和脉冲压缩模块300。如图2所示是多级预放部分的示意图，激光谐振腔101可以有多种选择，比如：固体激光系统、半导体激光系统、光纤激光系统等。102到n是多级放大部分，每级放大包括一个波分复用器，一根一定长度的掺镱光纤以及一个或者多个泵浦源，波分复用器和一根一定长度的掺镱光纤连接，泵浦源给波分复用器供电。可采用较长的保偏光纤，积累一定的非线性同时对光谱进行了展宽。经过多级放大后的功率在1瓦左右。如图3所示是脉冲时序选择模块示意图，拉曼输出模块400输出信号201通过反馈模块500开始对产生高阶拉曼时的输出临界功率进行调控，随着重复频率的增加，产生高阶拉曼时的输出临界功率是先减后增的过程，选择最低临界功率所对应的重复频率作用到驱动电源202上，驱动电源202上反馈信号与原来信号叠加后的重复频率信号作用在压电换能器203，进而改变声光介质204的折射率的变化，最终实现对注入脉冲重复频率的调制。如图4所示是脉冲压缩模块示意图，入射的激光源通过二分之一波片301后，从方形反射镜302的上方通过，然后依次通过光栅303，棱镜对304和305，光栅306后，到达一片0度反射镜307，三棱镜305放置在电控式一维调整架308上，光栅306和反射镜307放置在电控式一维调整架309上，在反射镜上反射后，再依次通过棱栅对，最后通过方形反射镜输出激光。两个光栅303和306之间的距离可以通过电控式一维平移台309调制，而棱镜对304和305的插入量也可以通过电控式一维平移台308调制；从而改变注入脉冲的脉宽。电控式一维平移台308和309受反馈模块500驱动。通过该模块，将拉曼脉冲宽度压缩至百飞秒量级。反馈模块500驱动因素是400模块的输出光谱及脉冲宽度，通过调节一维平移台308和309，对输出光谱和脉冲宽度进行观察，即在相同的输出功率的情况，分析光谱中的拉曼成分，越多越好，同时此时的输出脉冲不能有明显分裂，实际中光栅间距过窄，会引起脉冲分裂；过宽，输出的拉曼成分过少。所以通过两者结合获得最优的棱栅对的位置。如图5所示是拉曼输出模块示意图，信号光通过聚焦准直模块401耦合进入光子晶体光纤402中，在实际实验中，光子晶体光纤402端口可切出一个5-10度的斜角。泵浦源405输出的泵浦光通过二向色镜404后，经聚焦准直透镜403耦合进入光子晶体光纤中，最后输出的激光通过二向色镜404导出。二向色镜404是一片两面均镀膜的石英玻璃，一面镀有高透泵浦光的介质膜，一面镀有高反信号光的介质膜。在实验中，当输出的激光能量能达到1.5瓦后，就会出现高阶拉曼，当输出能量达到2瓦后，出现多阶拉曼。拉曼输出模块400经过反馈模块500将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪中，改变重复频率，观察光谱仪中光谱成分的变化，获得产生高阶拉曼时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，其特征在于，激光信号经过多级预放部分多级放大后依次进入脉冲时序选择模块和脉冲压缩模块，从拉曼输出模块输出，拉曼输出模块经过反馈模块将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪，将产生高阶拉曼时的输出临界功率所对应的重复频率作为反馈信号送回脉冲时序选择模块，实现对注入脉冲重复频率的调制；另外一路光接入到自相关仪，选择最佳的光栅间距反馈给脉冲压缩模块，实现拉曼光谱展宽；最终拉曼输出模块获得飞秒量级的拉曼脉冲输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，其特征在于，激光信号经过多级预放部分多级放大后依次进入脉冲时序选择模块和脉冲压缩模块，从拉曼输出模块输出，拉曼输出模块经过反馈模块将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪，将产生高阶拉曼时的输出临界功率所对应的重复频率作为反馈信号送回脉冲时序选择模块，实现对注入脉冲重复频率的调制；另外一路光接入到自相关仪，选择最佳的光栅间距反馈给脉冲压缩模块，实现拉曼光谱展宽；最终拉曼输出模块获得飞秒量级的拉曼脉冲输出。2.根据权利要求1所述基于自相似放大技术的多阶可调谐拉曼放大方法，其特征在于，所述拉曼输出模块经过反馈模块将输出能量分为两路，其中一路接入光谱仪中，改变重复频率，观察光谱仪中光谱成分的变化，获得产生高阶拉曼时的临界功率曲线，选择最低临界功率对应的重复频率反馈作用于脉冲时序选择模块中的驱动电源上，驱动电源输出的频率信号作用在压电换能器上，压电换能器输出作用于声光介质上，改变声光介质的折射率，最终实现对注入脉冲重复频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁帅，周锋全，徐晖，王莉荣，聂源，王瑾，曾和平，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31