一种全光纤啁啾脉冲网络相干放大方法技术

本发明专利技术公开了一种全光纤啁啾脉冲网络相干放大方法，该方法利用低噪声光纤放大器对种子光进行预防大；再将预放大后的激光脉冲通过光纤分束器分成多路，每路光各自分别经过一个零频预补偿式的级联放大系统和脉冲宽度压缩系统；最后，多路光由光纤合束器相干合成一路高功率激光。本发明专利技术利用相干放大网络克服了光脉冲直接放大所面临的热效应、脉冲变形、噪声等问题，另外预补偿技术也使载波包络相位锁定比以往的先放大，再用f-to-2f系统测量载波相位，用锁相电路反馈控制激光器的方法更稳、精度更高，输出的功率也可更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光科学与
，具体涉及的是高功率超短激光脉冲的放大、载波包络相位控制和激光相干合成技术。
技术介绍
高功率飞秒激光频率梳技术(简称高功率光梳)是研究基础物理学的一个重要手段，在推进人们对于时间，频率，长度等基本物理量的测量精度方面有着至关重要的作用。同时，作为一项基础技术，高功率光梳对于诸多高新科技的发展具有重大的意义，例如，光梳光谱高分辨特性可以很好的应用于精密光谱、光钟、频率合成与测量；其相位精确稳定特性可以用于大分子成像、量子相干控制、精密成像、精确定时定位，等等；它的闻功率，闻能量特性可以用于紫外光梳的产生和激发高次谐波产生阿秒超短脉冲，等等。 这种高功率光梳技术主要基于对激光脉冲的重复频率的锁定(f；的锁定)技术，对激光脉冲的载波包络相位(CEP，即激光的零频&)的精密控制技术，以及激光脉冲的功率放大技术。近十年以来，光梳技术(即对激光脉冲的重复频率和CEP的同时锁定)已取得了巨大的进展。2004年，在光纤激光器上实现线宽约为IOmHz的掺铒光纤光梳。2005年，报道了相位长期稳定的掺镱光纤光梳。在高功率光梳方面，目前通行的方案是I.用双包层镱光纤作为光梳振荡器的增益介质，直接输出高功率脉冲。2008年，科罗拉多大学的JILA实验室利用这种方法获得了 IOW的近红外光梳。但是，这种方法在获得更高功率(近百瓦)的光梳方面存在严重的不足。振荡器内激光脉冲功率过高，会导致激光脉冲在多次振荡之后，发生畸变和分裂，从而限制人们对激光重复频率和CEP的控制精度。2.采用光纤放大技术或者啁啾脉冲放大技术，对光梳振荡器输出的种子光直接放大，从而获得功率光梳。2010年，美国MRA公司通过这种方法得到了 80W的近红外光梳。这种方法可以避免高能脉冲在激光腔内的分裂，但是CEP会受到光功率放大器的附加噪声的影响。这些噪声包括热效应导致的系统稳定性差，以及高阶非线性导致的色散作用使脉冲宽度严重展宽，等等。所以现行的获得高功率光梳的方案主要受到激光放大过程对光梳载波包络相位控制精度的负面影响，以及对激光脉冲的时间宽度的限制。综上所述，虽然高能激光光梳的产生方案很多，但是都存在或多或少的技术不足和缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种全光纤激光脉冲相干网络放大的方法。该方法利用激光脉冲相干合成技术，将各自放大后的激光脉冲相干合成一个高能脉冲。同时，该方法还通过零频预补偿技术对放大脉冲的载波包络相位进行实时监控和调整，以消除放大系统引入的零频噪声。这种方法不仅解决了单一脉冲功率放大的困难，如放大后脉冲的分裂和变形，而且有效地抑制了放大过程中的高阶色散和放大器引入的零频噪声。本专利技术目的实现由以下技术方案完成，该方法包括如下步骤一、利用低噪声光纤放大器对种子光进行预放大；一、将预放大后的激光脉冲通过光纤分束器分成N路，所述的N为大于I的整数；二、每路光各自分别经过一个零频预补偿式的级联放大系统和脉冲宽度压缩系统；三、多路光由光纤合束器相干合成一路高功率激光。作为上述技术方案的改良，本专利技术的进一步技术方案如下在上述步骤四中，使用网络式相干合束方法，该方法通过脉冲相干的方式，将激光脉冲的光场强度E进行叠加，峰值功率P与场强E的平方成正比，最后输出脉冲的峰值功率被放大了 N2倍，比一般的峰值功率叠加增加了 N倍，用以提高激光脉冲的功率。在上述步骤三中采用了一种基于声光频移器(AOFS)的零频预补偿方法，对放大器中的零频噪声进行精确控制，它的实现步骤是A、声光相位调制器的调制频率为4，取它的I级衍射光作为输出光，则输出光的频率为f_fn，其中f为未经调制的入射光频率；B、在放大过程中激光脉冲获得了一个附加相位噪声频率& (零频)，则放大后激光的频率变为f-fn+fo，C、将&信号通过自参考光路提取出来，并反馈给声光相位调制器，作为其调制频率(即，fn = fo)，便可预先抵消放大系统引入的零频噪声，最后得到载波包络相位稳定的激光输出。本专利技术的工作过程是利用低噪声光纤放大器对种子光进行预防大；再将预放大后的激光脉冲通过光纤分束器分成N路，每路光各自分别经过一个零频预补偿式的级联放大系统和脉冲宽度压缩系统；最后，N路光由光纤合束器相干合成一路高功率激光。所述零频预补偿放大技术是指通过声光相位调制器对入射激光的频率进行调制。声光相位调制器的调制频率为fn，并取它的I级衍射光作为输出光，则输出光的频率为f-fn，其中f为未经调制的入射光频率。调制后的激光经过级联光纤放大系统后被放大到高功率状态。在放大过程中脉冲由于受到放大器中热效应和色散效应的影响，放大后的激光将会获得一个附加相位噪声频率fo(零频)，此时放大后激光的频率变为f-fn+fo。现将fo信号通过自参考光路提取出来，并反馈给声光相位调制器，作为其调制频率(即，fn=fo)，便可预先抵消放大系统引入的零频噪声，最后得到载波包络相位稳定的激光输出。所述相干合束技术，是指多束(两束及两束以上)脉冲激光通过相干的方式进行光场强度的叠加，最后输出一个稳定的高功率脉冲。一般的脉冲的叠加，是光强度的叠加。因为在其它条件不变的情况下，光脉冲的峰值功率正比于光强度I，所以强度的叠加可以理解为峰值功率的叠加。假设其中每一束光的峰值功率为P，N束光直接合束后，脉冲峰值功率变为NXP ;而通过相干的方式合束后，脉冲的电场强度A发生叠加。考虑N束光的相位相同的情况，则可以的到电场强度为NXA的合束光。此时，脉冲的光场强度为(NXA)2=N2XI，相应的峰值功率为N2XP。所以相干合成的方法有利于提高激光脉冲的功率，同时保证脉冲内各频率成分的相位稳定。本专利技术的有益效果在于利用相干放大网络克服了光脉冲直接放大所面临的热效应、脉冲变形、噪声等问题，另外预补偿技术也使载波包络相位锁定比以往的先放大，再用f-to-2f系统测量载波相位，用锁相电路反馈控制激光器的方法更稳、精度更高，输出的功率也可更高。附图说明附图I为本专利技术的流程图；附图2为零频预补偿式放大技术的流程图；附图3为全光纤啁啾脉冲相干放大网络的装置示意图；附图4为两路脉冲光束相干叠加的原理具体实施方式 以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明如附图1-3所示，图中符号分别表示如下L是光纤光梳，A是预放大器，BI是I :6分束器，C是全光纤声光频移器(AOFS)，Dl, D2是光纤隔离器，EU E2是大模场双包层光纤(LMA-DCF)，F1、F2是光纤式波分复用器(WDM)，G1、G2是半导体激光器泵源，H是由光栅对组成的脉冲压缩器，J是I :99光纤稱合输出器，132是6:1稱合器，I代表自参考系统。本实施例所涉及的具体技术如下所述首先是级联放大网络技术，先对预放大的飞秒量级的种子光进行分束，分为N束，每束光的功率为P ;每束光分别经过一个级联放大系统，该放大系统有多级高功率光纤放大器组成，放大后每束光的功率提高为P’ ；然后分别经过衍射效率为η的脉冲压缩器，使激光脉冲的宽度保持在fs量级；最后用一个合束器将N束光合成为一束光，功率为N ηΡ’。其次是零频预补偿技术，在每一束光进入各自的放大系统之前，都放置一个全光纤型声光频移器(A0FS)，每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤啁啾脉冲网络相干放大方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：一、利用低噪声光纤放大器对种子光进行预放大；二、将预放大后的激光脉冲通过光纤分束器分成N路,所述的N为大于1的整数；三、每路光各自分别经过一个零频预补偿式的级联放大系统和脉冲宽度压缩系统；四、多路光由光纤合束器相干合成一路高功率激光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，
申请(专利权)人：广东汉唐量子光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：