大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统技术方案

本申请涉及一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，通过激光种子源产生GHz以上重复频率的激光脉冲。展宽放大模块对激光脉冲进行放大和脉冲展宽。脉冲调制模块对放大和展宽后的激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个激光脉冲串，并采用多级放大模块对激光脉冲串进行逐级放大。非线性压缩放大模块通过控制泵浦功率或非线性量对光谱展宽进行调节，结合展宽放大模块对激光脉冲的展宽程度、脉冲调制模块的频率和占空比进行连续调节，可以获得不同的非线性压缩脉冲宽度，实现脉宽从皮秒到飞秒量级的连续可调。脉冲压缩模块对脉宽连续可调的激光脉冲的压缩和输出，实现大功率、高重复频率、脉宽可调的激光脉冲输出。

【技术实现步骤摘要】
大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统
本申请涉及激光
，特别是涉及一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统。
技术介绍
随着飞秒脉冲激光的产生和放大技术的迅猛发展，超快脉冲激光被广泛应用于各个领域基础研究以及核心工业生产中，并催生了一批极具潜力的新兴学科和技术，如飞秒化学、激光生物学、强场物理学、纳米材料学、非线性光学、纳米光子学以及量子通信等。但是，基于啁啾脉冲放大为代表的大能量飞秒激光技术的激光器虽然能够提供极高的单脉冲能量(μJ～mJ)，但其脉冲重复频率基本处于kHz～MHz水平且无法进行脉宽调制，严重限制了激光器的总体平均功率和应用范围。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有激光器脉冲重复频率低以及无法进行脉宽调制的问题，提供一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统。本申请提供一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，包括：激光种子源，用于发射GHz以上重复频率的激光脉冲；展宽放大模块，用于对所述激光脉冲进行放大和展宽；脉冲调制模块，用于对放大和展宽后的所述激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个激光脉冲串；多级放大模块，用于对所述激光脉冲串进行逐级放大；非线性压缩放大模块，用于对逐级放大后的所述激光脉冲串进行再次放大以及非线性展宽，生成脉冲宽度连续可调的可调激光脉冲；以及脉冲压缩模块，用于对所述可调激光脉冲进行压缩并输出。在其中一个实施例中，所述激光种子源包括：第一泵浦源，用于提供泵浦光；激光谐振腔，包括部分反射镀膜头、第一稀土高掺杂光纤和半导体可饱和吸收镜，所述部分反射镀膜头通过所述第一稀土高掺杂光纤与所述半导体可饱和吸收镜连接形成所述激光谐振腔，其中，所述部分反射镀膜头用于接收泵浦光，所述第一稀土高掺杂光纤用于产生激光增益所需的粒子数反转，所述半导体可饱和吸收镜用于非线性吸收以及诱导锁模自启动，其中所述第一稀土高掺杂光纤的长度小于10cm；以及第一波分复用器，其泵浦端与所述第一泵浦源连接，其信号端与所述部分反射镀膜头连接，其输出端形成所述激光种子源的输出端，用于将所述泵浦光注入所述激光谐振腔，并将所述激光谐振腔生成的GHz以上重复频率的所述激光脉冲输出。在其中一个实施例中，所述展宽放大模块包括：第一单模光纤放大器，用于对所述激光脉冲进行放大；光纤展宽器，用于对放大后的所述激光脉冲进行展宽；以及第二单模光纤放大器，用于对展宽后的所述激光脉冲进行二次放大；其中，所述第一单模光纤放大器包括第二泵浦源、第二稀土高掺杂光纤和第二波分复用器，所述第二泵浦源用于提供泵浦光，所述第二稀土高掺杂光纤用于对所述激光脉冲进行放大，所述第二波分复用器的泵浦端与所述第二泵浦源的输出端连接，信号端与所述第二稀土高掺杂光纤连接，输出端形成所述第一单模光纤放大器的输出端。在其中一个实施例中，所述脉冲调制模块包括：信号发生器，用于生成频率和占空比可调的调制信号；以及调制器，用于接收所述调制信号，并根据所述调制信号对放大和展宽后的所述激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个激光脉冲串。在其中一个实施例中，所述多级放大模块包括：第三单模光纤放大器，用于对所述激光脉冲串进行放大；以及双包层光纤放大器，用于对放大后的所述激光脉冲串进行二次放大。在其中一个实施例中，所述第三单模光纤放大器包括：第三泵浦源，用于提供泵浦光；保偏稀土高掺杂光纤，用于对所述激光脉冲串进行放大；以及保偏波分复用器，其泵浦端与所述第三泵浦源的输出端连接，其信号端与所述保偏稀土高掺杂光纤连接，其输出端形成所述第三单模光纤放大器的输出端。在其中一个实施例中，所述双包层光纤放大器包括：第一多模泵浦源，用于提供功率连续可调的泵浦光；双包层稀土高掺杂光纤，用于对放大后的所述激光脉冲串进行二次放大；以及泵浦合束器，其泵浦端与所述第一多模泵浦源的输出端连接，其信号端与所述第三单模光纤放大器的输出端连接，其输出端与所述双包层稀土高掺杂光纤的一端连接，所述双包层稀土高掺杂光纤的另一端形成所述双包层光纤放大器的输出端。在其中一个实施例中，所述非线性压缩放大模块包括：多个第二多模泵浦源，用于提供功率连续可调的泵浦光；大模场双包层稀土高掺杂光纤，用于对逐级放大后的所述激光脉冲串进行二次放大；第二泵浦合束器，其泵浦端与多个所述第二多模泵浦源的输出端连接，其信号端与所述多级放大模块的输出端连接，其输出端与所述大模场双包层稀土高掺杂光纤的一端连接；以及非线性光谱展宽器，与所述大模场双包层稀土高掺杂光纤的另一端连接，形成所述非线性压缩放大模块的输出端，用于对二次放大后的所述激光脉冲串进行非线性展宽，其中所述非线性光谱展宽器包括大模场无源光纤或光子晶体光纤。在其中一个实施例中，所述大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统还包括：光束整形模块，包括输出端帽和准直透镜，所述输出端帽设置于所述非线性压缩放大模块的输出端，用于对所述可调激光脉冲进行扩束，所述准直透镜设置于从所述输出端帽出射的光路上，用于对扩束后的所述可调激光脉冲进行准直，并将准直后的所述可调激光脉冲发射至所述脉冲压缩模块。在其中一个实施例中，所述激光种子源、展宽放大模块、脉冲调制模块、多级放大模块以及非线性压缩放大模块依次通过光纤熔接的方式连接。在上述实施例中，通过激光种子源产生GHz以上重复频率的激光脉冲，可以保证大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统输出激光脉冲的高重复频率。展宽放大模块对激光脉冲进行放大和脉冲展宽，可以降低激光脉冲的峰值功率，避免由于峰值功率过高导致的低效放大、器件损伤或非线性效应等。随后，脉冲调制模块可以对放大和展宽后的激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个激光脉冲串，并采用多级放大模块对激光脉冲串进行逐级放大，实现对激光脉冲能量的连续提升，保证最终激光脉冲的输出功率。非线性压缩放大模块可以通过控制泵浦功率或非线性量对光谱展宽进行调节，结合调节展宽放大模块对激光脉冲的展宽程度、脉冲调制模块的频率和占空比，可以获得不同的非线性压缩脉冲宽度，实现脉宽从皮秒到飞秒量级的连续可调。最后结合脉冲压缩模块即可实现对脉宽连续可调的激光脉冲的压缩和输出。因此，本申请提供的大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统可以实现大功率、高重复频率、脉宽可调的激光脉冲输出。附图说明图1为本申请实施例提供的一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统光路结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统的激光种子源光路结构示意图；图3为本申请实施例提供的一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统的激光种子源的示波器曲线；图4为本申请实施例提供的一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统的第一单模光纤放大器或第二单模光纤放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，其特征在于，包括：/n激光种子源(10)，用于发射GHz以上重复频率的激光脉冲；/n展宽放大模块(20)，用于对所述激光脉冲进行放大和展宽；/n脉冲调制模块(30)，用于对放大和展宽后的所述激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个激光脉冲串；/n多级放大模块(40)，用于对所述激光脉冲串进行逐级放大；/n非线性压缩放大模块(50)，用于对逐级放大后的所述激光脉冲串进行再次放大以及非线性展宽，生成脉冲宽度连续可调的可调激光脉冲；以及/n脉冲压缩模块(60)，用于对所述可调激光脉冲进行压缩并输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，其特征在于，包括：
激光种子源(10)，用于发射GHz以上重复频率的激光脉冲；
展宽放大模块(20)，用于对所述激光脉冲进行放大和展宽；
脉冲调制模块(30)，用于对放大和展宽后的所述激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个激光脉冲串；
多级放大模块(40)，用于对所述激光脉冲串进行逐级放大；
非线性压缩放大模块(50)，用于对逐级放大后的所述激光脉冲串进行再次放大以及非线性展宽，生成脉冲宽度连续可调的可调激光脉冲；以及
脉冲压缩模块(60)，用于对所述可调激光脉冲进行压缩并输出。


2.根据权利要求1所述的大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，其特征在于，所述激光种子源(10)包括：
第一泵浦源(110)，用于提供泵浦光；
激光谐振腔(120)，包括部分反射镀膜头(121)、第一稀土高掺杂光纤(122)和半导体可饱和吸收镜(123)，所述部分反射镀膜头(121)通过所述第一稀土高掺杂光纤(122)与所述半导体可饱和吸收镜(123)连接形成所述激光谐振腔(120)，其中，所述部分反射镀膜头(121)用于接收泵浦光，所述第一稀土高掺杂光纤(122)用于产生激光增益所需的粒子数反转，所述半导体可饱和吸收镜(123)用于非线性吸收以及诱导锁模自启动，其中所述第一稀土高掺杂光纤(122)的长度小于10cm；以及
第一波分复用器(130)，其泵浦端与所述第一泵浦源(110)连接，其信号端与所述部分反射镀膜头(121)连接，其输出端形成所述激光种子源(10)的输出端，用于将所述泵浦光注入所述激光谐振腔(120)，并将所述激光谐振腔(120)生成的GHz以上重复频率的所述激光脉冲输出。


3.根据权利要求1所述的大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，其特征在于，所述展宽放大模块(20)包括：
第一单模光纤放大器(210)，用于对所述激光脉冲进行放大；
光纤展宽器(220)，用于对放大后的所述激光脉冲进行展宽；以及
第二单模光纤放大器(230)，用于对展宽后的所述激光脉冲进行二次放大；
其中，所述第一单模光纤放大器(210)包括第二泵浦源(211)、第二稀土高掺杂光纤(212)和第二波分复用器(213)，所述第二泵浦源(211)用于提供泵浦光，所述第二稀土高掺杂光纤(212)用于对所述激光脉冲进行放大，所述第二波分复用器(213)的泵浦端与所述第二泵浦源(211)的输出端连接，信号端与所述第二稀土高掺杂光纤(212)连接，输出端形成所述第一单模光纤放大器(210)的输出端。


4.根据权利要求1所述的大功率高重复频率且脉宽可调的超快激光系统，其特征在于，所述脉冲调制模块(30)包括：
信号发生器(310)，用于生成频率和占空比可调的调制信号；以及
调制器(320)，用于接收所述调制信号，并根据所述调制信号对放大和展宽后的所述激光脉冲进行调制，生成不同频率和不同占空比的多个所述激光脉冲串。


5.根据权利要求1所述的大功率高重...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨中民，刘逸才，吴经锋，韦小明，林巍，王文龙，乔田，关先朝，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44