宽谱光时域整形装置制造方法及图纸

一种宽谱光时域整形装置，包括泵浦源、可调衰减器、输入准直器、可饱和吸收体、小孔和输出准直器；所述的泵浦源为具有灵活时域波形调控能力的光源系统，泵浦源的输出通过可调衰减器调节输出能量后入射到可饱和吸收体；宽谱光通过输入准直器准直输出，可饱和吸收体，部分被可饱和吸收体吸收，余下部分经可饱和吸收体透射后经小孔到达输出准直器耦合输出。当泵浦源无输出或未到达可饱和吸收体时，透射式可饱和吸收体为未饱和状态，对宽谱光具有强吸收效应，透射率较低；当泵浦源输出的具有一定时域波形的强泵浦光到达可饱和吸收体时，透射式可饱和吸收体发生可饱和效应，使得其对宽谱光的透射率增大，从而在泵浦光持续时间内，输出准直器可接收到一宽谱整形脉冲。

Wide-spectrum optical time-domain shaping device

A broad-spectrum optical time-domain shaping device includes a pump source, an adjustable attenuator, an input collimator, a saturable absorber, a pinhole and an output collimator. The pump source is a light source system with flexible time-domain waveform control capability. The output of the pump source is adjusted by an adjustable attenuator and then incident to the saturable absorber. Broad-spectrum light is output collimated by an input collimator. The saturable absorber is partially absorbed by the saturable absorber, and the rest is transmitted through the saturable absorber through the aperture to the output collimator coupling output. When the pump source has no output or does not reach the saturable absorber, the transmissive saturable absorber is unsaturated, which has strong absorption effect on broad-spectrum light and low transmittance. When the strong pump light with certain time-domain waveform from the pump source arrives at the saturable absorber, the transmissible saturable absorber has a saturable effect, which increases its transmittance to broad-spectrum light, thereby increasing its transmittance to broad-spectrum light. During the duration of the pump light, the output collimator can receive a wide-spectrum shaping pulse.

【技术实现步骤摘要】
宽谱光时域整形装置
本专利技术属于高功率激光及光通信领域，具体涉及一种宽谱光时域整形装置。
技术介绍
目前，常见的宽谱光源的输出光均为连续光，但在很多领域，都需要对非相干宽谱光源的输出进行灵活的时域波形控制，例如产生一定重频的脉冲光。宽谱光源的时域整形在光通信及惯性约束核聚变技术中的大规模高功率激光领域都是一个难点。一方面，要求整形输出的时域波形包络光滑；另一方面，要求整形过程不改变宽谱光源的非相干性及光谱特性。现有技术中，声光调制器及电光强度调制器都可用于进行时域整形，但其设计原理都是基于干涉效应，通常适用于窄带相干激光。但对于部分相干/非相干的宽谱光，利用传统时域整形方法整形得到的时域波形顶部会出现不规则调制，并且宽谱光的相干度越低，顶部的不规则调制越深。其原因是声光调制器是利用超声光栅和光的相互作用实现调制，而电光调制器是基于马赫曾德干涉仪的原理，这两种强度调制过程本质都是利用光束叠加的干涉过程实现的，实际是一种模式选择和相干度的提升，这会破坏宽谱光的非相干性；并且，这两种过程会对整形后的时域包络引入较强的调制，因此，不适用于部分相干/非相干宽谱光源的时域整形。通信领域常用的频率-时间映射(FTTM)的整形方案虽然可以实现对宽谱光时域波形的灵活控制，但该方案较为复杂，成本高，且整形后的光信号在每一时刻是窄带的，也即原宽谱光源的非相干特性被破坏。相比之下，可饱和吸收体是一种仅对光强度变化产生响应的器件，具有体积小、弛豫时间短等优点，一些可饱和吸收体还具有很大的透射带宽，十分适合于对部分相干/非相干宽谱光进行时域整形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种宽谱光时域整形装置，基于具有宽谱透射特性的可饱和吸收体，利用具有灵活时域控制能力的泵浦光源，实现对连续宽谱光源进行时域整形。该方案解决了目前时域整形方案存在的破坏宽谱光源的非相干性及光谱特性等问题，不仅适合于相干宽谱光的整形，也可实现对部分相干/非相干宽谱光源的灵活时域整形。本专利技术装置的技术方案如下：一种宽谱光时域整形装置，其特征在于，包括泵浦源、可调衰减器、输入准直器、可饱和吸收体、小孔和输出准直器；所述泵浦源的输出通过可调衰减器调节输出能量后入射到可饱和吸收体上形成泵浦光光斑；待整形的宽谱光经输入准直器准直后入射到可饱和吸收体上形成宽谱光光斑，准直后的宽谱光一部分被可饱和吸收体吸收，余下部分经可饱和吸收体透射后，经小孔到达输出准直器耦合输出。所述宽谱光光斑与泵浦光光斑重合，且泵浦光光斑的面积大于宽谱光光斑的面积。所述的泵浦源为具有灵活时域波形调控能力的光源系统，其输出光的强度高于可饱和吸收体的可饱和阈值，并低于其损伤阈值。所述的待整形的宽谱光由带宽为百纳米量级的宽谱光源系统输出，其输出能量低于可饱和吸收体的可饱和阈值。所述的小孔的直径大于准直后的宽谱光的直径。在待整形的宽谱光的光谱带宽内，所述的可饱和吸收体的对不同波长的透射率一致。本专利技术宽谱光时域整形装置的工作过程如下：泵浦光源输出泵浦光，经过衰减片对其能量进行调节，使其能量达到可饱和吸收体的饱和阈值但不超过其损伤阈值。这里需注意，由于通常情况下，泵浦光需使用高能量激光，其输出的基模光斑为高斯光斑，因此这里考虑能量通量时，需考虑高斯光束85％高度内的能量通量而非整束光束的总能量通量。泵浦光源应当为具有灵活时域波形调控能力的光源系统，泵浦光的时域波形即决定了整形输出的部分相干/非相干宽谱光的时域波形。精确调节泵浦光斑及宽谱光斑在透射式可饱和吸收体上的位置，使两光斑重合且泵浦光斑完全覆盖宽谱光斑。当泵浦源无输出或未到达可饱和吸收体时，透射式可饱和吸收体为未饱和状态，对宽谱光具有强吸收效应，透射率较低；而当泵浦源输出的具有一定时域波形的强泵浦光到达可饱和吸收体时，透射式可饱和吸收体发生可饱和效应，使得其对宽谱光的透射率增大，从而在泵浦光持续时间内，输出准直器可接收到一宽谱整形脉冲。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1)本装置巧妙利用可饱和吸收体仅响应光强变化的性质，避免了传统电光调制器选模干涉效应引起的时域波形调制及非相干性的下降；2)本装置对待整形宽谱光带宽内各波长的响应相同，避免了传统声光调制器声光效应所造成的选频滤波作用，从而避免了该效应引起的时域波形调制；3)原理及结构较为简单，不易受外界环境干扰。另外，本装置所使用的各器件的制备及性能探索均较为成熟，其中的整形关键器件可饱和吸收体可被制备在多种基片甚至光纤端面，因此本专利技术还具备成本较低、易于集成的优点。附图说明图1是本专利技术宽谱光时域整形装置的结构示意图。图中，1-泵浦源、2-可调衰减器、3-宽谱光源、4-输入准直器、5-可饱和吸收体、6-小孔和7-输出准直器。图2是泵浦光脉冲时域波形。图3是调节衰减器使泵浦光峰值功率刚达到可饱和吸收体饱和阈值时，整形所得的宽谱光时域波形。图4是调节衰减器使泵浦光峰值功率远高于可饱和吸收体饱和阈值时，整形所得的宽谱光时域波形。图5是利用声光调制器进行时域整形的对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了具体的实施方法，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。请参阅图1，图1是宽谱光时域整形装置，如图所示，由以下几个部分组成：泵浦源1：本实施例中，泵浦源为具有中心波长为1053nm的单频窄带激光，泵浦源系统中使用声光调制器、电光调制器结合任意波形发生器，对连续激光进行时域调制，具有高精度的时域波形控制能力(控制精度可达到40ps)。该实施例中泵浦源输出为一6ns斜顶脉冲，输出光束为3mm基模高斯光束。可调衰减器2：本实施例中使用吸收式衰减片；待整形的宽谱光3：本实施例中使用掺镱光纤的放大的自发辐射光作为部分相干宽谱光源，输出端为光纤输出，其输出连续光，带宽约为60nm。输入准直器4：本实施例中准直器带有尾纤，准直后输出光斑底宽约为300μm；可饱和吸收体5：本实施例中使用的可饱和吸收体为两片沉积在石英基底上的四层累加石墨烯，工作方式为透射式。在实验中，应精确调节石墨烯可饱和吸收体位置，使其恰好处于泵浦光斑与部分相关宽谱光光斑重合的位置；小孔6：本实施例中小孔用于防止被可饱和吸收体反射的泵浦光对探测结果造成干扰；输出准直器7：输出准直器的尾纤连接一带宽为5GHz的光电管并通过示波器观察整形的输出脉冲形态。图2是泵浦光脉冲时域波形，由图可见，泵浦光脉冲脉宽为6ns，前后沿陡峭，顶部为斜顶，以测试可饱和吸收体对不同泵浦能量的响应特性。实施例1：调节衰减器使泵浦光峰值功率刚达到可饱和吸收体饱和阈值的情况，此时，泵浦光能量恰好处于吸收特性曲线线性下降区的起始点，之后一定范围内，随着泵浦光能量的增加，可饱和吸收体的吸收率会线性降低。整形所得的宽谱光时域波形如图3所示。由图可见，由于泵浦光峰值功率刚达到可饱和吸收体饱和阈值，因此随着斜顶部分光功率逐渐降低，可饱和吸收体的透射率也逐渐降低，从而整形所得的宽谱光脉冲可很好地复制泵浦脉冲的形状，输出也为一斜顶脉冲。实施例2：调节衰减器使泵浦光峰值功率远高于可饱和吸收体饱和阈值的情况下，整形所得的宽谱光时域波形如图4所示。由图可见，由于泵浦光峰值功率远高于可饱和吸收体饱和阈值，因此虽然斜顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽谱光时域整形装置，其特征在于，包括泵浦源(1)、可调衰减器(2)、输入准直器(4)、可饱和吸收体(5)、小孔(6)和输出准直器(7)；所述泵浦源(1)的输出通过可调衰减器(2)调节输出能量后入射到可饱和吸收体(5)上形成泵浦光光斑；待整形的宽谱光(3)经输入准直器(4)准直后入射到可饱和吸收体(5)上形成宽谱光光斑，准直后的宽谱光一部分被可饱和吸收体(5)吸收，余下部分经可饱和吸收体(5)透射后，经小孔(6)到达输出准直器(7)耦合输出。

【技术特征摘要】
1.一种宽谱光时域整形装置，其特征在于，包括泵浦源(1)、可调衰减器(2)、输入准直器(4)、可饱和吸收体(5)、小孔(6)和输出准直器(7)；所述泵浦源(1)的输出通过可调衰减器(2)调节输出能量后入射到可饱和吸收体(5)上形成泵浦光光斑；待整形的宽谱光(3)经输入准直器(4)准直后入射到可饱和吸收体(5)上形成宽谱光光斑，准直后的宽谱光一部分被可饱和吸收体(5)吸收，余下部分经可饱和吸收体(5)透射后，经小孔(6)到达输出准直器(7)耦合输出。2.根据权利要求1所述一种宽谱光时域整形装置，其特征在于：所述宽谱光光斑与泵浦光光斑重合，且泵浦光光斑的面积大于宽谱光光斑的面积。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪小超，李娆，范薇，张攀政，隋代鹏，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31