一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，其特征在于：包括顺次连接的多个激光器（1）、多个锁相电路控制器（2）、频率标准器（3）、延时控制器（4）、多个非线性晶体（5）、合束器（6），该装置克服了传统绿光产生技术中的光谱窄、脉冲功率低、时频特性难以控制等问题，提高了绿光平均功率，增强了绿光亮度，提高了倍频光的效率和绿光脉冲的平均功率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置
本技术涉及一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置。
技术介绍
时频域精密控制的宽带绿光脉冲光源目前在包括材料处理、医疗诊断、仪器制造、基础研究、光存储、娱乐、图像记录、检测与控制、全色显示、测向与指示、国防军事等民用、工业和军事领域的应用日益突出。特别是近年来，随着光盘存储的高密度化和激光打印机的高精度化的发展，精密控制的绿光光源成了人们关注的焦点，另一方面，绿色脉冲激光也为激光雷达方法提供了一种理想的光源，并可以与成熟的可见光波段探测技术相结合，通过测量分析激光脉冲的返回时间来精确测量目标物体的位置(距离和角度)信息，甚至是物体的运动状态(速度、振动和姿态)和形状。随着激光技术的发展，绿光光梳激光器在很大程度上提高了激光雷达方法的探测精度，其自身稳定的频率和相位特性，使得在脉冲飞行时间测量技术的基础上结合了相位差测量技术，并将整个方法的探测精度提高到了波长周期量级。此外，高功率的宽带绿光光梳方法可以在非线性光学倍频的基础上扩展出蓝光和紫外光梳脉冲，进一步加速精密紫外激光加工、紫外光刻和精密光梳光谱等技术的发展。目前产生绿色激光的方法有很多种，主要可以分三种:( I)利用宽带隙半导休材料直接激发产生绿光，并通过调制材料两端电流实现调制的绿光脉冲输出。这种方法的优点在于结构简单，但它的缺点在于输出功率较低，而且受到电路方法带宽的限制，绿光脉冲宽度较宽，且不具备时频域的相干特性。(2)在固体材料中掺人稀土离子，在半导体激光器或其他光源泵浦的条件下，直接利用稀土离子的能 级跃迁而产生绿色激光。但这种方法的缺点在于脉冲的波长受到掺杂离子的限制，且不易得到高功率的脉冲光输出。(3)利用光学晶体的非线性光学效应，产生二次谐波或是倍频光。例如利用掺Nd3+或Yb3+的激光器产生波长在1.06um的近红外激光，然后利用倍频晶体，如KTP、BB0、LiNb03、LiTa03或是KNb03，产生530nm附近的倍频光。这种方法的优点在于可以实现锁模的超短脉冲，而且利用目前掺Nd3+或Yb3+的激光晶体或是双包层增益光纤的发展优势，可以实现高功率的绿光输出。非线性光学频率转换同样存在一些难以克服的缺点，例如:a)非线性光学倍频效率较低，而且受到倍频晶体损伤阈值的限制，倍频绿光的功率有限；b)非线性光学倍频过程有严格的相位匹配条件的限制，难以实现宽带倍频光输出；c)由于倍频是二阶非线性光学效应，所以倍频效率严重受到入射光峰值功率的制约，同时绿光的光谱在倍频过程中被窄化，无法实现宽带的绿光输出。d)在获得高功率近红外泵浦光的过程中，需要采用光放大器对脉冲功率进行放大，而放大器的增益谱宽同样限制了倍频绿光的光谱宽度。e)高功率放大可以提高脉冲的能量，进而提高非线性倍频的效率，但是高功率放大过程会破坏脉冲的时域分布，导致脉冲形变和分裂，同时也会影响脉冲的空间光斑质量，以至于限制光束在晶体中的聚焦和传输过程，并降低倍频光的产生效率。f)高功率放大过程会对脉冲引入多种非线性附加相位噪声和自发辐射噪声，影响脉冲的时间-频谱稳定性，为进一步实现光梳脉冲造成困难。综上所述，虽然目前已有多种实现高功率绿光脉冲的技术与方法，但都存在着各种缺陷与不足。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，该装置克服了传统绿光产生技术中的光谱窄、脉冲功率低、时频特性难以控制等问题，该装置提高了绿光平均功率，增强了绿光亮度，提高了倍频光的效率和绿光脉冲的平均功率。为实现上述目的，本技术采用了下述技术方案:一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，包括顺次连接的多个激光器、多个锁相电路控制器、频率标准器、延时控制器、多个非线性晶体、合束器。如上所述激光器为重复频率和脉冲载波包络相位零频同时被精密锁定的锁模激光器。如上所述频率标准器为一个稳频的的窄线宽连续激光器。如上所述频率标准器为一个射频原子钟。如上所述非线性晶体为偏硼酸钡晶体。如上所述非线性晶体为周期性极化铌酸锂晶体。本技术的有益效果是:1、绿光的时频域控制精度高；装置中采用了载波包络相位的反馈控制技术和相位噪声实时补偿技术，解决了相位零频快变和慢变的问题，有效抑制了功率放大和脉宽压缩过程中的附加相位噪声。2、采用时间-频率特性稳定的光梳光源倍频产生绿光，并在此基础上进行绿光的相干合成，提高了绿光平均功率的同时增强了绿光亮度。3、本技术采用了多束绿光相干合成的方式，实现了多波长绿光脉冲的光谱合成，并最终获得一束宽带绿光输出，解决了单束激光倍频光谱较窄的问题。4、本技术中针对每路高功率光梳脉冲进行独立的倍频过程，可以针对每路光的特定波长选择合适的倍频晶体，从而实现高效率的激光倍频。5、可以较好地与目前发展成熟的光纤放大技术相结合，利用双包层光纤放大方法的优势，有效提高倍频光的效率和绿光脉冲的平均功率。6、克服了非线性倍频和光脉冲放大过程对脉冲光谱的窄化作用，通过一种新的光谱相干合成方式实现了宽带绿光光源。7、稳定的绿光光梳脉冲输出，可以作为独立光源并通过一种相干网络合成的方式进一步将多个绿光光源合成为更高功率的绿光输出。8、可以拓展新的光谱范围，进一步实现高功率的宽带蓝光和紫外光梳光源。附图说明图1为脉冲相干合成产生宽带绿光光梳的结构示意具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步详细的描述:如图1所示，一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，包括顺次连接的多个激光器1、多个锁相电路控制器2、频率标准器3、延时控制器4、多个非线性晶体5、合束器6，该装置采用多个中心波长在1064nm附近的锁模激光器为种子光源，通过反馈控制环路和相位噪声补偿技术对多路种子脉冲的重复频率和载波包络相位零频进行精确锁定，使它们具有相同的时间-频率特性，以便用于脉冲相干合成，并采用低噪声的级联放大技术和脉冲压缩技术实现多路高功率超短光梳脉冲输出，同时，采用平衡式光学互相关方法精确测量多路脉冲之间的相对时间抖动，并通过反馈式延时控制系统实现多路脉冲的精确时间同步，最后，对多路近红外光梳脉冲进行光学倍频产生绿光，并利用偏振合束技术实现多路绿光脉冲的相干合成，进而获得宽带的绿光光梳。如图1所示，在本实施例中，所述激光器I为重复频率和脉冲载波包络相位零频同时被精密锁定的锁模激光器，该激光器是一种利用锁模技术使脉冲宽度达到皮秒甚至飞秒量级输出的激光器。如图1所示，在本实施例中，所述频率标准器3为一个稳频的的窄线宽连续激光器。如图1所示，在本实施例中，作为本技术的另一种实施方式，所述频率标准器3为一个射频原子钟。如图1所示，在本实施例中，所述非线性晶体5为偏硼酸钡晶体。如图1所示，在本实施例中，作为本技术的另一种实施方式，所述非线性晶体5为周期性极化铌酸锂晶体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，其特征在于：包括顺次连接的多个激光器（1）、多个锁相电路控制器（2）、频率标准器（3）、延时控制器（4）、多个非线性晶体（5）、合束器（6）。

【技术特征摘要】
1.一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，其特征在于:包括顺次连接的多个激光器(I)、多个锁相电路控制器(2)、频率标准器(3)、延时控制器(4)、多个非线性晶体(5)、合束器(6)。2.根据权利要求1所述的一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，其特征在于:所述激光器(I)为重复频率和脉冲载波包络相位零频同时被精密锁定的锁模激光器。3.根据权利要求1所述的一种获得高功率宽带绿光光学频率梳的装置，其...

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