超短脉冲激光系统的色散调控装置与方法制造方法及图纸

一种超短脉冲激光系统的色散调控装置与方法，装置包括光源系统，色散检测系统以及控制系统。光源系统由窄带可调谐光源、波长计、振幅调制器、电放大器及射频信号源构成，用于实现光信号的波长调节和振幅调制。色散检测系统由高速光电二极管、矢量网络分析仪构成，用于测量超短脉冲激光系统的群延迟及色散，并将结果提供给控制系统。控制系统用于控制光源系统的输出波长，实现光学扫频，并根据色散检测系统的测量结果，输出控制信号用于分别调节超短脉冲激光系统内的微调压缩器以及延时调节器，并通过循环迭代实现系统群延迟色散以及群延迟的精确调控。在该方法中，不同中心波长的光信号通过待测系统，并经光电二极管转换成高频电信号后，只需要测量不同电信号间的相位变化量，就能实现对激光系统的色散测量，不仅适用于超短脉冲激光系统的色散调控，也适用于单个组件的色散标定。组件的色散标定。组件的色散标定。

【技术实现步骤摘要】
超短脉冲激光系统的色散调控装置与方法


[0001]本专利技术涉及光学测量技术以及激光技术等领域，特别是一种超短脉冲激光系统的色散调控装置与方法。

技术介绍

[0002]色散是激光
的一个重要参量，它影响着超短脉冲激光系统的输出特性。超短激光脉冲系统的输出峰值功率取决于压缩后的激光脉冲宽度和能量，一方面可以通过提高输出能量获得，但是会增加实验装置的规模，成本也较高；另一方面也可以通过增加光谱宽度，并实现接近傅里叶变换极限的压缩脉宽输出，进而获得超高峰值功率的激光脉冲。超短脉冲在经过均匀介质或色散组件时，由于光谱带宽较宽，在群速度延迟的作用下，脉冲相位会发生畸变，并且脉冲宽度也会发生变化。所有的光学元件都会引入色散，在激光系统中要尽量消除或者合理利用色散的影响。以皮秒拍瓦激光系统为例，在光栅负载能力受限的情况下，系统的极限输出能量与脉宽直接相关。因此，需要通过色散调控来实现激光时域特性(脉宽)的精确表征，以支撑精密物理实验需求的同时，实现皮秒拍瓦激光系统的安全运行。通过对激光系统的色散检测及调控，不仅能够获得激光系统理想的变换极限脉宽输出，也能实现激光系统在非变换极限脉宽输出时的脉冲时域特性精确表征。因此，色散的精密调控是超短脉冲激光系统非常重要的控制手段之一。
[0003]传统的色散测量包括时延法、干涉法等，时延法是直接测量色散组件中传输的不同波长脉冲之间的相对延迟量，通过数据拟合模型得到色散值，如文献“High
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precision group
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delay dispersion measurements of optical fibers via fingerprint
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spectral wavelength
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to
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time mapping,”(Photon.Res.4,13
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16 2016)中提到，这种方法要求脉冲到达时间的计时极其准确，同时测量精度受到脉冲形状的影响，测量精度较低，且不适用于测量色散量较小的元件。干涉法基于马赫曾德干涉仪或迈克尔逊干涉仪的构型，通过测量干涉光谱，从中提取相位信息进而得到色散值。比如文献“Comparison of single
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mode fiber dispersion measurement techniques”(Lightwave Technol，vol.3，no.5，pp.958
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966，1985)中提到，虽然该方法测量系统结构较为简单，但是由于参考臂或待测臂易受外界环境(如温度、震动等)干扰，其测量精度难以保障。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超短脉冲激光系统的色散调控装置与方法，解决目前色散测量中装置结构复杂、测量精度较低、测量过程复杂、易受其他因素影响等问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供一种超短脉冲激光系统的色散调控装置，其中，超短脉冲激光系统由依次连接的锁模激光器、展宽器、延时调节器、微调压缩器、放大器和压缩器组成，其特点在于，所述的色散调控装置包括光源系统、色散检测系统和控制系统，所述的色散检测系统由依次连接的高速光电二极管和矢量网络分析仪构成；所述的光源系统由窄带可调谐
光源、波长计、振幅调制器、电放大器和射频信号源构成，用于实现光信号的振幅调制、中心波长调节及检测；所述的窄带可调谐光源可以是窄带光源或由宽带光源与可调谐窄带滤波器的组合实现；所述的振幅调制器可以是马赫
‑
曾德尔调制器或其他电吸收调制器等。
[0007]所述的色散检测系统由高速光电二极管、矢量网络分析仪构成，用于测量超短脉冲激光系统的群延迟及色散，并将结果提供给控制系统。
[0008]所述的控制系统用于控制光源系统的输出波长，实现光学扫频，并根据所述的色散检测系统的色散测量结果，实现对超短脉冲激光系统的色散调控。所述的的典型超短脉冲激光系统由锁模激光器、展宽器、延时调节器、微调压缩器、放大器及压缩器组成，延时调节器用于超短脉冲激光系统的同步延时调节，微调压缩器用于调节超短脉冲激光系统的色散量。
[0009]所述的窄带可调谐光源的输出光束分为大小两个光束，所述的大光束与所述的振幅调制器的第一输入端相连，所述的小光束与所述的波长计的输入端相连，所述的波长计的输出端与所述的控制系统的第二输入端相连，所述的振幅调制器的输出端与所述的展宽器的输入端相连；所述的射频信号源的第一输出端经所述的电放大器与所述的振幅调制器的第二输入端相连，所述的射频信号源的第二输出端与所述的矢量网络分析仪第二输入端相连，该矢量网络分析仪的输出端与所述的控制系统的第一输入端相连，该控制系统的第一输出端与所述的窄带可调谐光源的控制端相连，所述的控制系统的第二输出端与所述的微调压缩器的控制端相连，所述的控制系统的第三输出端与所述的延时调节器的控制端相连，所述的压缩器的输出端即所述的超短脉冲激光系统的输出端与所述的高速光电二极管的输入端相连。
[0010]另一方面，本专利技术还提供一种超短脉冲激光系统的色散调控方法，包括以下步骤：
[0011]S1、所述的窄带可调谐光源由控制系统进行输出波长控制，一部分取样光进入所述的波长计检测并将波长信息λ
k
(k＝1,2,3,
……
，n)反馈给所述的控制系统；
[0012]S2、所述的S1中的窄带可调谐光源大部分光进入所述的振幅调制器，所述的射频信号源输出高频正弦信号，经所述的电放大器放大后驱动振幅调制器，并将连续稳定的光源调制成在时域上的正弦信号，进一步将调制后的光信号传输至待测的超短脉冲激光系统；
[0013]S3、所述的振幅调制器的输出接入权利要求1所述的展宽器，调制后的正弦信号经过超短脉冲激光系统内的展宽器、延时调节器、微调压缩器、放大器及压缩器后进入色散检测系统；
[0014]S4、所述的色散检测系统中，光信号先经由高速光电二极管转换为电信号后进入所述的矢量网络分析仪的端口一，所述的S2中的射频信号源提供参考电信号给矢量网络分析仪的端口二，在矢量网络分析仪内通过对两路电信号的解调，实现对光电转换的电信号与参考电信号之间的相对相位差测量，根据测量信号的相位差，结合下述公式可求解群延迟：
[0015]其中，GD为求解的群延迟，为测量的相位差，f
m
为加载的正弦调制信号的工作频率，v
k
为光的频率。
[0016]S5、重复步骤S1
‑
S4，每次通过光源系统改变输出波长，实现光学扫频，直至完成所有波长(λ
k
，其中k＝1,2,3,
……
，n)群时延的测量。
[0017]S6、由于群延迟色散是群延迟随光频率的变化导致，因此群延迟色散可通过不同波长光的群延迟多项式拟合求解，具体公式如下：
[0018][0019]其中，GDD为求解的群延迟色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短脉冲激光系统的色散调控装置，所述的超短脉冲激光系统由依次连接的锁模激光器(201)、展宽器(202)、延时调节器(203)、微调压缩器(204)、放大器(205)和压缩器(206)组成，其特征在于，所述的色散调控装置包括光源系统、色散检测系统和控制系统(108)，所述的色散检测系统由依次连接的高速光电二极管(106)和矢量网络分析仪(107)构成；所述的光源系统由窄带可调谐光源(101)、波长计(102)、振幅调制器(103)、电放大器(104)和射频信号源(105)构成；所述的窄带可调谐光源(101)的输出光束分为大小两个光束，所述的大光束与所述的振幅调制器(103)的第一输入端相连，所述的小光束与所述的波长计(102)的输入端相连，所述的波长计(102)的输出端与所述的控制系统(108)的第二输入端相连，所述的振幅调制器(103)的输出端与所述的展宽器(202)的输入端相连；所述的射频信号源(105)的第一输出端经所述的电放大器(104)与所述的振幅调制器(103)的第二输入端相连，所述的射频信号源(105)的第二输出端与所述的矢量网络分析仪(107)第二输入端相连，该矢量网络分析仪(107)的输出端与所述的控制系统(108)的第一输入端相连，该控制系统(108)的第一输出端与所述的窄带可调谐光源(101)的控制端相连，所述的控制系统(108)的第二输出端与所述的微调压缩器(204)的控制端相连，所述的控制系统(108)的第三输出端与所述的延时调节器(203)的控制端相连，所述的压缩器(206)的输出端即所述的超短脉冲激光系统的输出端与所述的高速光电二极管(106)的输入端相连。2.如权利要求1所述的超短脉冲激光系统的色散调控装置，其特征在于，所述的窄带可调谐光源(101)可以是窄带光源或由宽带光源与可调谐窄带滤波器的组合实现。3.如权利要求1所述的的超短脉冲激光系统的色散调控装置，其特征在于，所述的的振幅调制器(103)可以是马赫
‑
曾德尔调制器或其他电吸收调制器。4.利用权利要求1所述的超短脉冲激光系统的色散调控装置对超短脉冲激光系统色散的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：1)所述的窄带可调谐光源(101)由所述的控制系统(108)进行输出波长控制，令k＝1，所述的窄带可调谐光源(101)输出光的波长为λ
k
(k＝1,2,3,
……
，n)，n根据可调谐的波长范围及波长可调节步长进行设定；2)所述的窄带可调谐光源(101)输出的一部分取样光进入所述的波长计(102)进行波长检测并将波长信息λ
k
反馈给所述的控制系统(108)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜有恩，傅敏，杨庆伟，杨朋千，潘雪，张志祥，李国扬，周丽，肖奇，李学春，朱健强，
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：