经由光谱细分从单个激光器腔的双梳生成制造技术

本发明专利技术涉及经由光谱细分从单个激光器腔的双梳生成。一种用于生成用于激光光谱学的单腔双梳或多梳的方法，所述方法包括以下步骤：提供激光器系统，所述激光器系统包括泵浦源、增益介质和具有光谱过滤器的谐振器；利用所述光谱过滤器对所述谐振器内的光进行光谱过滤，并且利用所述光谱过滤器衰减、特别是阻挡一个或多个波长带，所述一个或多个波长带至少之一完全位于所述激光器系统的增益带宽内，使得提供两个或更多个至少部分分离的光谱区域；以及对所述两个或更多个至少部分分离的光谱区域进行锁模。

Generation of Double Combs from a Single Laser Cavity by Spectral Subdivision

【技术实现步骤摘要】
经由光谱细分从单个激光器腔的双梳生成
本专利技术涉及激光光谱学领域以及相应的激光器系统。
技术介绍
最近，双梳(DC)光谱学已成为将传统宽带光谱学的优点和可调谐激光光谱学的优点组合的通用技术，请参见：SCHILLER,OpticsLetters,Vol.27,No.9,2002年5月1日；IDEGUCHI,T.,OpticsandPhotonicsNews；Vol.28；Issue1；pp.32-39；2017年1月1日。通过使用双梳，不需要如虚拟成像相位阵列或傅里叶变换光谱仪那样的复杂且昂贵的检测器组件。然而，这种系统传统上包括彼此主动稳定的两个相同的锁模激光器，这经常得到昂贵且复杂的系统，请参见：CODDINGTON,I等人,Phys.Rev.Lett.100,013902,2008年1月；还参见CODDINGTON,I等人,OpticaVol.3,No.4,414,2016年4月。各种方法已被证明使用单个激光器腔来生成两个脉冲串，其目的是由于下转换后的射频梳中的共模噪声消除而引起的被动互相干性，请参见：LINK,S.M.等人,Opt.Express23,5521-5531,2015年3月9日。然而，这种单腔双梳源通常是为特定类型的振荡器而设计的，并且难以在其它类型的激光器中实现。总之，双梳源的明显缺点是振荡器设计经常复杂且昂贵、或者需要两个相互相干的光学频率梳。
技术实现思路
有鉴于上述，本专利技术提供对上述限制的替代解决方案。本专利技术公开了用于从单个源生成双梳或多梳的强大且易于实现的方法。应当理解，通常激光器包括泵浦源、增益介质和谐振器。有时，术语振荡器或腔也用于指代谐振器和增益介质但不包括泵浦源。通过针对增益光谱的不同光谱部操纵腔损耗，本专利技术公开了提供源自同一激光器的至少两个频率梳。在下文，术语光谱部分和光谱部用作同义。根据本专利技术，提供：一种用于生成用于激光光谱学的单腔双梳或多梳的方法，所述方法包括以下步骤：提供激光器系统，所述激光器系统包括泵浦源、增益介质和具有光谱过滤器的谐振器；利用所述光谱过滤器对所述谐振器内的光进行光谱过滤，并且利用所述光谱过滤器衰减、特别是阻挡一个或多个波长带，所述一个或多个波长带至少之一完全位于所述激光器系统的增益带宽内，使得提供两个或更多个至少部分分离的光谱区域；以及对所述两个或更多个至少部分分离的光谱区域进行锁模。激光束是通常可用的相干光源。对于激光束，通常，无需对激光束进行脉冲调制，并且无需使用光学谐振器。然而，为了创建频率梳的实用目的，将必须对激光束进行脉冲调制。可以使用诸如光纤等的耦合设备。这种设备很好理解。例如，单模光纤可用于耦合激光器系统的元件。在激光器系统中，众所周知，需要：使来自泵浦源的泵浦光耦合进入到增益介质中；使来自增益介质的光耦合输出到光谱过滤器，并且使由光谱过滤器操纵后的光耦合进入到增益介质。还应当理解，光(特别是放大后的光)通常是从谐振器耦合输出的。激光器系统的增益带宽代表激光器系统的波长的整个可能光谱带宽。通过引入光谱过滤器，可以衰减或甚至阻挡光谱的一部分或若干部分的增益，使得通过引入光谱过滤器来生成至少两个至少部分分离的增益区域(即光谱区域)。为了本专利技术的目的，光谱的这些衰减和/或阻挡部分至少之一应当完全位于激光器系统的增益带宽内。如此，使衰减或阻挡部分完全位于激光器系统的增益带宽内应当提供至少两个至少部分分离的光谱区域。这些光谱区域可以对应于相应数量的增益极大值。换句话说，不应衰减或阻挡光谱的边缘。因而，通过衰减或甚至阻挡光谱的一部分或若干部分，可以有意地操纵激光光谱。虽然通常衰减或阻挡将包括增益带宽的中央部分(即增益带宽的中间)，但是非中央部分也可以被衰减或阻挡。然后，随后的锁模步骤允许以略微不同的重复率分别创建至少两个(或与光谱区域的数量相对应的数量个)锁模激光。正或负的腔色散将使得有可能获得不同的重复率。换句话说，可以将激光独立地锁模在这些分离的光谱区域内。该方法还可以包括以下步骤：使所生成的双梳或多梳分别相对于该双梳或多梳的重复率和偏移频率稳定。应当理解，可以使两个或更多个锁模激光(这里还称为双梳、多梳和频率梳等)相对于它们各自的重复率和偏移频率稳定，由此创建相位稳定且稳定化的频率梳。该方法还可以包括以下步骤：利用非线性介质使激光光谱的至少两个至少部分分离的光谱区域光谱重叠，由此分别获得光谱重叠的双梳或多梳，所述非线性介质例如是晶体、光纤、玻璃和气态介质至少之一。从技术上，经常使用非线性光纤。用于使激光光谱的至少两个部分分离的光谱区域光谱重叠的非线性光纤(特别是高度非线性光纤)可以基于光子晶体光纤并且可以在其色散行为方面优化。非线性介质可以包括非线性晶体。这种晶体的示例是(周期性极化)磷酸钛氧钾即(pp)KTP、(周期性极化)铌酸锂即(pp)LN、(周期性极化)化学计量比钽酸锂即(pp)SLT、硼酸钡即BBO、三硼酸锂即LBO、硼酸铋即BiBO和磷酸二氢钾即KDP。应当理解，该列表并非穷尽性的。可以对非线性晶体进行周期性极化以提高效率。然而，对晶体进行周期性极化不是先决条件。特别地，可以使用块状晶体。应当理解，可以使用包括高阶非线性介质的其它非线性介质。在该方法中，对所述两个或更多个至少部分分离的光谱区域进行锁模的步骤还可以包括操纵光的依赖于该光的峰值强度的谐振器损失，特别地，其中，操纵谐振器损失可以包括：在从所述增益介质耦合输出的光进入所述光谱过滤器之前，操纵该光的偏振；以及在由所述光谱过滤器操纵后的光再次进入所述增益介质之前，操纵该光的偏振。通过操纵、特别是减少谐振器损失，改善了激光的模式的相位相干性。这可以特别包括在从增益介质耦合输出的光进入光谱过滤器之前操纵该光、以及在由光谱过滤器操纵后的光再次进入增益介质之前操纵该光。应当理解，可以通过使用诸如四分之一波片和/或半波片等的众所周知的偏振器中的一个或多个来实现偏振的操纵。也可以使用偏振分束器和偏振器。在该方法中，所述光谱过滤器可以包括光栅压缩器、介质镜、光纤布拉格光栅、棱镜压缩器和吸收过滤器中的一个或多个。在该方法中，在光谱过滤器包括光栅压缩器和吸收过滤器中的一个或多个的情况下，光谱过滤的步骤可以包括利用所述光谱过滤器使所述谐振器内的光发生空间色散。光谱过滤器的光谱过滤可以以各种方式实现。如果使用介质镜，则光谱过滤器可能不会表现出大量色散。应当理解，由于Kramer-Kronig(克莱默-克朗尼格)关系，将始终存在一些(通常可忽略)量的色散。然而，如果使用光栅压缩器或棱镜压缩器，则光谱过滤器还可使得能够实现光谱过滤器中的光的空间色散。然后，可以将腔的整体色散选择成略偏负或略偏正但不等于零。由此，有效地，可以实现针对不同波长的不同谐振器长度。这可能导致不同的重复率。应当理解，仅在光谱过滤器内的色散由于可用于补偿腔色散，因此可以显著偏离零。然而，光谱过滤器可用于控制整个腔的色散。因而，可以将如此得到的整个腔的色散控制为略微偏离零。光谱过滤器可以包括至少一个衰减器，其中该至少一个衰减器用于衰减(特别是阻挡)完全位于激光器系统的增益带宽内的波长带，由此分别提供激光光谱的至少两个至少部分分离的光谱区域。衰减器可以包括可被平移以衰减或阻挡增益带宽的若干部分的一个或多个几何物体(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成用于激光光谱学的单腔双梳或多梳的方法，所述方法包括以下步骤：提供激光器系统，所述激光器系统包括泵浦源、增益介质和具有光谱过滤器的谐振器；利用所述光谱过滤器对所述谐振器内的光进行光谱过滤，并且利用所述光谱过滤器衰减、特别是阻挡一个或多个波长带，所述一个或多个波长带至少之一完全位于所述激光器系统的增益带宽内，使得提供两个或更多个至少部分分离的光谱区域；以及对所述两个或更多个至少部分分离的光谱区域进行锁模。

【技术特征摘要】
2018.03.09 EP 18160878.71.一种用于生成用于激光光谱学的单腔双梳或多梳的方法，所述方法包括以下步骤：提供激光器系统，所述激光器系统包括泵浦源、增益介质和具有光谱过滤器的谐振器；利用所述光谱过滤器对所述谐振器内的光进行光谱过滤，并且利用所述光谱过滤器衰减、特别是阻挡一个或多个波长带，所述一个或多个波长带至少之一完全位于所述激光器系统的增益带宽内，使得提供两个或更多个至少部分分离的光谱区域；以及对所述两个或更多个至少部分分离的光谱区域进行锁模。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：使所生成的双梳或多梳分别相对于该双梳或多梳的重复率和偏移频率稳定。3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：利用非线性介质使激光光谱的至少两个至少部分分离的光谱区域光谱重叠，由此分别获得光谱重叠的双梳或多梳，所述非线性介质例如是晶体、光纤、玻璃和气态介质至少之一。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，对所述两个或更多个至少部分分离的光谱区域进行锁模的步骤还包括操纵光的依赖于该光的峰值强度的强度损失，特别地，其中，操纵强度损失包括：在从所述增益介质耦合输出的光进入所述光谱过滤器之前，操纵该光的偏振；以及在由所述光谱过滤器操纵后的光再次进入所述增益介质之前，操纵该光的偏振。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述光谱过滤器包括光栅压缩器、介质镜、光纤布拉格光栅、棱镜压缩器和吸收过滤器中的一个或多个。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在光谱过滤器包括光栅压缩器和吸收过滤器中的一个或多个的情况下，光谱过滤的步骤包括利用所述光谱过滤器使所述谐振器内的光发生空间色散。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括以下步骤：调制所述激光光谱的载波包络；将光单向反馈到所述增益介质中；以及放大从所述谐振器耦合输出的光，并且利用另一光栅压缩器在时域上对放大后的光进行压缩。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述增益介质是掺杂光纤、掺杂晶体或掺杂玻璃，特别是由Yb、Er、Ti、Ho、Nd、Pr、Tm其中之一掺杂，以及所述激光器系统包括非线性偏振演化激光器即NPE激光器和非线性放大环形镜激光器即NALM激光器。9.一种激光器系统，用于生成用于激光光谱学的单腔双梳或多梳，所述激光器系统包括：泵浦源、增益介质和谐振器，所述谐振器包括光谱过滤器，所述光谱过滤器用于对所述谐振器内的光进行光谱过滤，并且衰减一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·H·赫克尔，G·温克勒，J·菲林格尔，
申请(专利权)人：水晶镜像解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT