基于自相似放大器的高功率超短脉冲光学频率梳产生方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自相似放大器的高功率超短脉冲光学频率梳产生方法，该方法基于自相似放大技术，有效克服脉冲放大中的增益窄化、带宽受限、非线性相位畸变，光谱有效展宽，减小输出脉冲宽度，同时有效放大锁模脉冲功率，获得高功率飞秒脉冲，提高载波包络相位零频锁定精度，同时采用基于声光晶体移频器的载波包络相位零频锁定技术，反应带宽大，控制精度高，实时控制实现高精度高功率超短脉冲光学频率梳。本发明专利技术的优点是，可以直接拓展应用于飞秒光学频率梳控制技术，得到稳定的高精度高功率飞秒光学频率梳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超快光学
，具体涉及一种。
技术介绍
时-频域精密控制的飞秒光学频率梳是精密光谱、精密测量以及相关科学领域的一次重大技术飞跃，是提高了频谱测量精度，发展比原子微波钟更精确的时间/频率标准的重要技术革新，同时作为一种有别于传统连续稳频激光的特殊激光光源，在激光频率标尺、绝对距离测量和精密光谱测量等光学精密测量领域都有着重要应用，对实现光频率合成和物理常量的精确测定有重大意义。飞秒光学频率梳传统上主要依靠钛宝石激光振荡器完成。但钛宝石激光振荡器体积庞大、不易维修、环境要求高、造价昂贵，主要应用于实验室环境。同时，传统钛宝石激光振荡器输出功率在瓦量级，这很大程度地限制了光梳技术的应用范围。由于光纤技术和大模场光子晶体光纤放大技术的不断发展使得人们将实现高功率光学频率梳的重任从固体激光器扩展到了光纤激光器上。光纤激光器具有体积小、重量轻、易集成、免维护、风冷却、操作简易、运行成本低、稳定性高等一系列优势。光纤光学频率梳通过锁定飞秒锁模激光的重复频率和载波包络位相偏置频率得至IJ。而基于大模场光子晶体光纤的功率放大是探测载波包络位相偏置频率和飞秒光学频率梳锁定的基础。传统上采用的光纤啁啾级联脉冲放大技术利用光纤中的色散效应对种子光的脉冲宽度进行时域的展宽，降低脉冲峰值功率然后进行光纤级联放大，在实现功率放大的同时达到减少非线性效应的目的。然而啁啾级联放大系统也存在诸多的不足，限制着光学频率梳向宽光谱、高精度等方向的发展。首先，增益光纤自身存在的增益窄化效应在级联放大中会明显减少脉冲激光的光谱成分，减小脉冲的极限脉宽，影响载波包络位相偏置频率的探测信噪比，从而限制光学频率梳的锁定精度及光谱宽带。其次，啁啾级联放大系统往往需要较长光纤在时域上对脉冲展宽，这将引入大量高阶色散和非线性噪声，不易补偿，导致脉冲的失真，影响光学频率梳的高精度锁定。另一方面，基于栗浦电流反馈控制的传统载波包络位相锁定技术存在带宽窄、控制范围有限和反应速度较慢的特点，这些不足都限制着飞秒光学频率梳更广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种，该产生方法通过采用自相似放大技术，有效克服脉冲放大中的增益窄化、宽带受限以及非线性相位畸变，获得高功率超短脉冲光学频率梳。本专利技术目的实现由以下技术方案完成:一种，其特征在于所述产生方法包括如下步骤:将激光器种子源、脉冲放大及控制模块以及载波包络相位零频锁定模块三者依次连接；利用所述激光器种子源产生飞秒量级激光脉冲进入所述脉冲放大及控制模块中，所述脉冲放大及控制模块由在光路上依次连接的脉冲预放子模块、啁啾管理子模块、自相似主放子模块以及脉冲压缩子模块组成，其中，所述脉冲预放子模块将脉冲平均功率放大到瓦量级，然后通过所述啁啾管理子模块调整脉冲的啁啾量，脉冲接着进入所述自相似主放子模块进行功率放大、脉冲演变以及光谱展宽，放大后的脉冲再通过所述脉冲压缩子模块补偿色散，将脉冲宽度压缩到最窄，压缩后获得的高功率超短飞秒脉冲分为三部分:(1) 一部分通过与所述脉冲放大及控制模块输出端相连的重复频率锁定模块转化为电信号反馈锁定所述激光器种子源的重复频率；(2) —部分通过与所述脉冲放大及控制模块输出端相连的载波包络相位零频信号测量模块产生高信噪比的载波包络相位零频信号，经过电信号处理作为前向反馈信号作用在所述载波包络相位零频锁定模块中的声光晶体移频器上；(3)最后一部分进入所述载波包络相位零频锁定模块通过所述声光晶体移频器输出高精度锁定的高功率飞秒光学频率梳。所述脉冲预防子模块由光纤隔离器、波分复用器、光纤栗浦源和增益光纤组成，所述光纤隔离器、波分复用器以及增益光纤在光路上依次连接，所述光纤栗浦源连接所述波分复用器的短波输入端，其中，所述增益光纤为单模光纤、多模光纤、双包层光纤或大模场光子晶体光纤中的一种。所述啁啾管理子模块和所述脉冲压缩子模块均由基于光栅对或者棱镜对的色散补偿装置构成。所述自相似主放子模块由基于大模场光子晶体光纤的放大装置组成。所述重复频率锁定模块包括光电探测器、频率标准源、混频器以及误差信号处理模块，所述光电探测器、所述混频器以及所述误差信号处理模块依次连接，所述频率标准源同所述混频器连接；所述重复频率锁定模块产生信号驱动所述激光器种子源中的压电陶瓷以将其重复频率锁定。所述载波包络相位零频信号测量模块由基于光子晶体光纤的共线或非共线拍频结构组成。所述载波包络相位零频锁定模块由基于声光晶体移频器的载波包络相位零频控制装置组成。本专利技术的优点是: (1)基于自相似放大技术，适用于多种锁模方式产生脉冲的放大，能够实现基于多种锁模机制的光学频率梳； (2)基于自相似放大技术，啁啾管理子模块优化后的脉冲在非线性相移、光纤增益和光纤色散等效应作用下，光谱有效展宽，引入的线性啁啾能有效补偿压缩，相比传统光纤啁啾级联脉冲放大技术，相同功率下输出脉冲宽度更窄，锁定的飞秒光学频率梳光谱范围更宽，锁定精度更高； (3)基于自相似放大技术，无需使用大量光纤展宽脉冲宽度来减小脉冲峰值功率，结构简单，有效利用放大中的非线性效应； (4)基于自相似放大技术，提高输出功率，缩短脉冲宽度，获得高功率飞秒脉冲，有利于非线性频率转换拓展到短波段，获得短波段高功率飞秒光学频率梳； (5)基于自相似放大技术的高功率超短脉冲光学频率梳，适用于1微米和1.5微米波段，也可以拓展到其他波段； (6)基于声光晶体移频器的载波包络相位零频锁定技术，具有较高的响应带宽和快速响应特性，可实现大多数锁模激光脉冲和高功率放大脉冲载波包络相位零频的实时控制； (7)基于声光晶体移频器的载波包络相位零频锁定技术，分离式控制结构，简化系统复杂度，同时避免载波包络相位零频控制对激光器种子源锁模状态的影响； (8)采用的放大技术适用于多种光谱范围，因此适用于产生不同波段的高功率超短脉冲光学频率梳，能够满足不同领域的需求。【附图说明】图1为本专利技术中高功率超短脉冲光学频率梳装置系统框图； 图2为本专利技术中基于光栅对预啁啾的反向栗浦自相似放大和非共线自参考结构的高功率超短脉冲光学频率梳不意图； 图3为本专利技术中基于光栅对预啁啾的反向栗浦自相似放大和共线结构的高功率超短脉冲光学频率梳示意图； 图4为本专利技术中基于光栅对预啁啾的双向栗浦自相似放大和非共线自参考结构的高功率超短脉冲光学频率梳不意图； 图5为本专利技术中基于棱镜对预啁啾的双向栗浦自相似放大和非共线自参考结构的高功率超短脉冲光学频率梳不意图。【具体实施方式】以下结合附图通过实施例对本专利技术的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解: 如图1-5，图中标记100-500分别为: 激光器种子源100 ; 脉冲放大及控制模块200 ;脉冲预放子模块210、光纤隔离器211、半导体激光器212、波分复用器213、掺镱增益光纤214 ;啁啾管理子模块220、全反镜221、全反镜222、光栅对223、全反镜224、棱镜对235 ;自相似主放子模块230、空间隔离器231、掺镱大模场光子晶体光纤232、双色镜233、栗浦源234、双色镜235、栗浦源236、双色镜237、栗浦源238 ;脉冲压缩子模块240、全反镜241本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自相似放大器的高功率超短脉冲光学频率梳产生方法，其特征在于所述产生方法包括如下步骤：将激光器种子源、脉冲放大及控制模块以及载波包络相位零频锁定模块三者依次连接；利用所述激光器种子源产生飞秒量级激光脉冲进入所述脉冲放大及控制模块中，所述脉冲放大及控制模块由在光路上依次连接的脉冲预放子模块、啁啾管理子模块、自相似主放子模块以及脉冲压缩子模块组成，其中，所述脉冲预放子模块将脉冲平均功率放大到瓦量级，然后通过所述啁啾管理子模块调整脉冲的啁啾量，脉冲接着进入所述自相似主放子模块进行功率放大、脉冲演变以及光谱展宽，放大后的脉冲再通过所述脉冲压缩子模块补偿色散，将脉冲宽度压缩到最窄，压缩后获得的高功率超短飞秒脉冲分为三部分：（1）一部分通过与所述脉冲放大及控制模块输出端相连的重复频率锁定模块转化为电信号反馈锁定所述激光器种子源的重复频率；（2）一部分通过与所述脉冲放大及控制模块输出端相连的载波包络相位零频信号测量模块产生高信噪比的载波包络相位零频信号，经过电信号处理作为前向反馈信号作用在所述载波包络相位零频锁定模块中的声光晶体移频器上；（3）最后一部分进入所述载波包络相位零频锁定模块通过所述声光晶体移频器输出高精度锁定的高功率飞秒光学频率梳。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，李文雪，刘洋，罗大平，曾和平，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31