[實(shí)用新型]一種獲得高功率寬帶綠光光學(xué)頻率梳的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220652707.7
• 申請(qǐng)日: 2012-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203012313U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁崇智;曾和平;閆明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東漢唐量子光電科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G02F1/37
• 分類(lèi)號(hào): G02F1/37;H01S3/109
• 代理公司: 中山市科創(chuàng)專利代理有限公司 44211
• 代理人: 謝自安

【技術(shù)領(lǐng)域】

本實(shí)用新型涉及一種獲得高功率寬帶綠光光學(xué)頻率梳的裝置。

【背景技術(shù)】

時(shí)頻域精密控制的寬帶綠光脈沖光源目前在包括材料處理、醫(yī)療診斷、儀器制造、基礎(chǔ)研究、光存儲(chǔ)、娛樂(lè)、圖像記錄、檢測(cè)與控制、全色顯示、測(cè)向與指示、國(guó)防軍事等民用、工業(yè)和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用日益突出。特別是近年來(lái)，隨著光盤(pán)存儲(chǔ)的高密度化和激光打印機(jī)的高精度化的發(fā)展，精密控制的綠光光源成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，另一方面，綠色脈沖激光也為激光雷達(dá)方法提供了一種理想的光源，并可以與成熟的可見(jiàn)光波段探測(cè)技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)測(cè)量分析激光脈沖的返回時(shí)間來(lái)精確測(cè)量目標(biāo)物體的位置（距離和角度）信息，甚至是物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、振動(dòng)和姿態(tài)）和形狀。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，綠光光梳激光器在很大程度上提高了激光雷達(dá)方法的探測(cè)精度，其自身穩(wěn)定的頻率和相位特性，使得在脈沖飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合了相位差測(cè)量技術(shù)，并將整個(gè)方法的探測(cè)精度提高到了波長(zhǎng)周期量級(jí)。此外，高功率的寬帶綠光光梳方法可以在非線性光學(xué)倍頻的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出藍(lán)光和紫外光梳脈沖，進(jìn)一步加速精密紫外激光加工、紫外光刻和精密光梳光譜等技術(shù)的發(fā)展。

目前產(chǎn)生綠色激光的方法有很多種，主要可以分三種：

（1）利用寬帶隙半導(dǎo)休材料直接激發(fā)產(chǎn)生綠光，并通過(guò)調(diào)制材料兩端電流實(shí)現(xiàn)調(diào)制的綠光脈沖輸出。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它的缺點(diǎn)在于輸出功率較低，而且受到電路方法帶寬的限制，綠光脈沖寬度較寬，且不具備時(shí)頻域的相干特性。

（2）在固體材料中摻人稀土離子，在半導(dǎo)體激光器或其他光源泵浦的條件下，直接利用稀土離子的能級(jí)躍遷而產(chǎn)生綠色激光。但這種方法的缺點(diǎn)在于脈沖的波長(zhǎng)受到摻雜離子的限制，且不易得到高功率的脈沖光輸出。

（3）利用光學(xué)晶體的非線性光學(xué)效應(yīng)，產(chǎn)生二次諧波或是倍頻光。例如利用摻Nd3+或Yb3+的激光器產(chǎn)生波長(zhǎng)在1.06um的近紅外激光，然后利用倍頻晶體，如KTP、BBO、LiNbO3、LiTaO3或是KNbO3，產(chǎn)生530nm附近的倍頻光。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)鎖模的超短脈沖，而且利用目前摻Nd3+或Yb3+的激光晶體或是雙包層增益光纖的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)高功率的綠光輸出。

非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換同樣存在一些難以克服的缺點(diǎn),例如：

a)非線性光學(xué)倍頻效率較低，而且受到倍頻晶體損傷閾值的限制，倍頻綠光的功率有限；

b)非線性光學(xué)倍頻過(guò)程有嚴(yán)格的相位匹配條件的限制，難以實(shí)現(xiàn)寬帶倍頻光輸出；

c)由于倍頻是二階非線性光學(xué)效應(yīng)，所以倍頻效率嚴(yán)重受到入射光峰值功率的制約，同時(shí)綠光的光譜在倍頻過(guò)程中被窄化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬帶的綠光輸出。

d)在獲得高功率近紅外泵浦光的過(guò)程中，需要采用光放大器對(duì)脈沖功率進(jìn)行放大，而放大器的增益譜寬同樣限制了倍頻綠光的光譜寬度。

e)高功率放大可以提高脈沖的能量，進(jìn)而提高非線性倍頻的效率，但是高功率放大過(guò)程會(huì)破壞脈沖的時(shí)域分布，導(dǎo)致脈沖形變和分裂，同時(shí)也會(huì)影響脈沖的空間光斑質(zhì)量，以至于限制光束在晶體中的聚焦和傳輸過(guò)程，并降低倍頻光的產(chǎn)生效率。

f)高功率放大過(guò)程會(huì)對(duì)脈沖引入多種非線性附加相位噪聲和自發(fā)輻射噪聲，影響脈沖的時(shí)間-頻譜穩(wěn)定性，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光梳脈沖造成困難。

綜上所述，雖然目前已有多種實(shí)現(xiàn)高功率綠光脈沖的技術(shù)與方法，但都存在著各種缺陷與不足。

【實(shí)用新型內(nèi)容】

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種獲得高功率寬帶綠光光學(xué)頻率梳的裝置，該裝置克服了傳統(tǒng)綠光產(chǎn)生技術(shù)中的光譜窄、脈沖功率低、時(shí)頻特性難以控制等問(wèn)題，該裝置提高了綠光平均功率，增強(qiáng)了綠光亮度，提高了倍頻光的效率和綠光脈沖的平均功率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了下述技術(shù)方案：

一種獲得高功率寬帶綠光光學(xué)頻率梳的裝置，包括順次連接的多個(gè)激光器、多個(gè)鎖相電路控制器、頻率標(biāo)準(zhǔn)器、延時(shí)控制器、多個(gè)非線性晶體、合束器。

如上所述激光器為重復(fù)頻率和脈沖載波包絡(luò)相位零頻同時(shí)被精密鎖定的鎖模激光器。

如上所述頻率標(biāo)準(zhǔn)器為一個(gè)穩(wěn)頻的的窄線寬連續(xù)激光器。

如上所述頻率標(biāo)準(zhǔn)器為一個(gè)射頻原子鐘。

如上所述非線性晶體為偏硼酸鋇晶體。

如上所述非線性晶體為周期性極化鈮酸鋰晶體。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、綠光的時(shí)頻域控制精度高；裝置中采用了載波包絡(luò)相位的反饋控制技術(shù)和相位噪聲實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)，解決了相位零頻快變和慢變的問(wèn)題，有效抑制了功率放大和脈寬壓縮過(guò)程中的附加相位噪聲。