激光脉冲宽度展宽装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光脉冲宽度展宽装置及系统，其装置包括脉冲展宽结构、主控电路结构及脉冲偏振转换结构，脉冲展宽结构用于与种子振荡器连接，接收种子振荡器输出的激光脉冲，并对激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽；主控电路用于监控环形脉冲展宽结构中的激光脉冲的传输时间，当监控到激光脉冲的传输时间达到预设传输时间时、发出偏振控制指令；脉冲偏振转换结构，与环形脉冲展宽结构及主控电路结构连接，用于接收偏振控制指令及激光脉冲，对展宽完成后的激光脉冲的偏振态进行调整、并从未与脉冲展宽结构连接的端口输出。本发明专利技术能复用环形结构中脉冲展宽结构的CFBG的展宽特性，可对激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽。以使激光脉冲展宽。以使激光脉冲展宽。

【技术实现步骤摘要】
激光脉冲宽度展宽装置及系统


[0001]本专利技术涉及激光
，具体是涉及一种激光脉冲宽度展宽装置及系统。

技术介绍

[0002]在超快激光器领域，啁啾脉冲放大技术(简称CPA)是目前最为成功的技术方案，且专利技术者获得了诺贝尔物理学奖。在CPA中，整个过程可以被简单分为种子振荡器、展宽、功率/能量放大、压缩四个环节，其中展宽环节将种子振荡器产生的脉冲(一般在几个皮秒量级)在时域上进行大尺度色散，从而将脉冲宽度从几个皮秒展宽到几百皮秒甚至更宽。
[0003]目前全光纤结构展宽环节主要采用两种器件，一种是单模光纤，依靠激光在单模光纤传输过程中的色散实现长短波长在时域上的展宽，但受限于光纤较低的色散系数(约为40ps/nm/km)，一般需要公里量级的光纤长度才能达到数百皮秒的展宽量，这带来了两个问题：一是光纤单米价格不高，但是公里量级的光纤总价成本依然高昂；二是激光在公里量级的光纤中传输时，除了色散效应外，还存在各种非线性效应发生，这些非线性效应将导致脉冲携带了不可压缩的非线性成分，在压缩环节时将导致可压缩最窄脉宽变宽、存在脉冲基座等劣化脉冲质量的后果。
[0004]第二种器件是啁啾光纤光栅(简称CFBG)，这种器件相比较于单模光纤具有非常大的优势，首先是其长度非常短，在不到一米的传输长度内就可以完成脉冲展宽，因此引入的非线性效应非常微弱；其次，CFBG还可以通过设计来补偿后续功率/能量放大过程中的三阶色散等非线性效应；三是批量制造时，CFBG的成本可以做到比单模光纤更低。因此，CFBG已经成为目前CPA全光纤结构展宽的首选元器件。但采用CFBG做脉冲展宽也存在问题，受限于光纤光栅制作原理和工艺的限制，CFBG的色散系数与反射带宽的乘积有一个上限值，而飞秒超快激光的时域脉冲宽度和光谱宽度满足傅里叶变换关系，为了得到窄的脉冲宽度就必须维持宽的光谱宽度，因此需要CFBG的反射带宽保持较大，这就限制了其色散系数的数值不能太大。
[0005]为了解决这个问题，可以采用多级级联展宽的方案，就是采用两个或两个以上的CFBG串接起来，将激光脉冲展宽量不断提高，但这样做的成本将随着CFBG数量翻倍快速增长，且不同CFBG一致性的差异也会对后续压缩带来不利影响，因此这种方案目前展宽量一般小于2纳秒，不满足大展宽量的需求，且无法对展宽量进行大范围调整。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种激光脉冲宽度展宽装置，能复用环形结构中脉冲展宽结构的CFBG的展宽特性，可对激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽。
[0007]第一方面，提供一种激光脉冲宽度展宽装置，包括：
[0008]脉冲展宽结构，用于与种子振荡器连接，接收种子振荡器输出的激光脉冲，并对所述激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽；
[0009]主控电路结构，与所述环形脉冲展宽结构连接，用于监控所述环形脉冲展宽结构中的激光脉冲的传输时间，当监控到激光脉冲的传输时间达到预设传输时间时、发出偏振控制指令；以及，
[0010]脉冲偏振转换结构，与所述环形脉冲展宽结构及所述主控电路结构连接，用于接收偏振控制指令及激光脉冲，对展宽完成后的激光脉冲的偏振态进行调整、并从未与所述脉冲展宽结构连接的端口输出；
[0011]其中，所述脉冲展宽结构与所述脉冲偏振转换结构连接形成环形结构。
[0012]在一些实施例中，所述脉冲展宽结构包括用于与种子振荡器连接的耦合器的第一输入端，与所述耦合器的输出端连接的环形器的输入端，与所述环形器的中间端连接的啁啾光纤光栅，与所述环形器的输出端连接的延时光纤，所述延时光纤通过所述脉冲偏振转换结构与所述耦合器的输入端连接。
[0013]在一些实施例中，所述脉冲偏振转换结构包括与所述延时光纤、所述主控电路结构均连接的偏振控制器，及与所述偏振控制器连接的偏振合束器的输入端，所述偏振合束器的第一输出端与所述耦合器的第二输入端连接，所述偏振合束器的第二输出端为激光脉冲展宽完成输出端口。
[0014]在一些实施例中，还包括与所述偏振控制器及所述延时光纤均连接的信号增强结构，所述信号增强结构用于对所述激光脉冲进行功率放大、并对功率放大后的激光脉冲进行增益窄化抑制。
[0015]在一些实施例中，所述信号增强结构包括与所述延时光纤连接的滤波器，与所述滤波器连接的波分复用器的第一输入端，与所述波分复用器的第二输入端连接的泵浦激光器，及与所述波分复用器的输出端连接的增益光纤，所述增益光纤与所述偏振控制器连接；
[0016]其中，所述脉冲展宽结构、所述脉冲偏振转换结构、所述滤波器、波分复合器及增益光纤连接形成环形结构。
[0017]在一些实施例中，所述延时光纤设为长度可调节的光纤；所述增益光纤设为长度可调节的光纤。
[0018]第二方面，提供一种激光脉冲宽度展宽系统，包括：
[0019]种子振荡器；以及，
[0020]如上述所述的激光脉冲宽度展宽装置。
[0021]与现有技术相比，本专利技术通过过将脉冲展宽结构与脉冲偏振转换结构连接形成环形结构，能够复用环形结构中脉冲展宽结构的CFBG的展宽特性，可对激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽，因此将脉冲宽度展宽至数十乃至数百纳秒，这远远超过了当前所常用的脉冲展宽方案，同时脉冲偏振转换结构可对激光脉冲的偏振态进行调整、并从未与所述脉冲展宽结构连接的端口输出，即可使展宽后的激光脉冲进行偏振态调整后输出，无需继续在该环形结构中继续进行展宽，因此本专利技术设计灵活渐变。此外，该装置也可以用于脉冲宽度可调激光器中，环形结构中的各组件都可复用，且不存在机械调整装置，在光束质量、指向稳定性等方面具有非常大的优势。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一实施例一种激光脉冲宽度展宽系统的结构示意图。
[0023]附图标号：
[0024]1、种子振荡器；2、耦合器；3、环形器；4、啁啾光纤光栅；5、延时光纤；6、滤波器；7、波分复用器；8、泵浦光源；9、增益光纤；10、偏振控制器；11、偏振合束器。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]参见图1所示，本专利技术实施例提供一种激光脉冲宽度展宽装置，其特征在于，包括：
[0027]脉冲展宽结构，用于与种子振荡器连接，接收种子振荡器输出的激光脉冲，并对所述激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽；
[0028]主控电路结构，与所述环形脉冲展宽结构连接，用于监控所述环形脉冲展宽结构中的激光脉冲的传输时间，当监控到激光脉冲的传输时间达到预设传输时间时、发出偏振控制指令；以及，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光脉冲宽度展宽装置，其特征在于，包括：脉冲展宽结构，用于与种子振荡器连接，接收种子振荡器输出的激光脉冲，并对所述激光脉冲进行多次环形传输、以使激光脉冲展宽；主控电路结构，与所述环形脉冲展宽结构连接，用于监控所述环形脉冲展宽结构中的激光脉冲的传输时间，当监控到激光脉冲的传输时间达到预设传输时间时、发出偏振控制指令；以及，脉冲偏振转换结构，与所述环形脉冲展宽结构及所述主控电路结构连接，用于接收偏振控制指令及激光脉冲，对展宽完成后的激光脉冲的偏振态进行调整、并从未与所述脉冲展宽结构连接的端口输出；其中，所述脉冲展宽结构与所述脉冲偏振转换结构连接形成环形结构。2.如权利要求1所述的激光脉冲宽度展宽装置，其特征在于，所述脉冲展宽结构包括用于与种子振荡器连接的耦合器的第一输入端，与所述耦合器的输出端连接的环形器的输入端，与所述环形器的中间端连接的啁啾光纤光栅，与所述环形器的输出端连接的延时光纤，所述延时光纤通过所述脉冲偏振转换结构与所述耦合器的输入端连接。3.如权利要求2所述的激光脉冲宽度展宽装置，其特征在于，所述脉冲偏振转换结构包括与所述延时光纤、所述主控电路结构均连接的偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建奎，崔索超，杨涛，鲁仕新，陈如谋，陈炯，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：