[發(fā)明專利]基于兩級脈沖處理生成超短激光脈沖

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380012600.3
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN104254952A
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張銳;叢虹;童沙;杰里·普拉威哈爾喬;田恩光;安東尼·宏·林
• 申請（專利權(quán)）人: 以卡爾馬激光名義經(jīng)營的卡爾馬光通信公司
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;劉錚

優(yōu)先權(quán)要求及相關(guān)專利申請

本專利文件要求于2012年1月6日提交的、發(fā)明人為Rui?Zhang、Hong?Cong、Sha?Tong、Jerry?Prawiharjo、En-Kuang?Tien和Anthony?Hong?Lin、題為“緊湊高峰值功率飛秒光纖激光器”的第61/631.588號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)。上述申請的全部公開通過參考并入本文作為本文的一部分。

背景技術(shù)

本專利文件涉及激光脈沖的生成及控制，其中包括光學脈沖放大器及脈沖激光器。

具有小于10ps的脈沖長度以及超過10nJ每脈沖的相對高能量水平的超短脈沖(USP)激光對于大量應(yīng)用(如材料處理、光學檢測、光學燒蝕、包括眼科學的精確手術(shù)、生物醫(yī)學、非線性研究和光譜學)都是有用的。通過放大由種子激光器生成的激光脈沖可生成高能量激光脈沖。各種光學放大器設(shè)計成以如下方式來對光進行放大：在待放大的光的相同波長處提供光學增益，使得光在傳輸通過光學放大器的光學增益介質(zhì)之后其功率或能量被放大，并且放大的光與放大之前的初始光具有相同波長。光學放大器的光學增益可通過光學地激發(fā)光學增益介質(zhì)(如摻餌光纖放大器)的泵浦光或通過電激勵的增益介質(zhì)(如基于量子井的半導(dǎo)體光學放大器及其他增益機構(gòu))來獲得。

發(fā)明內(nèi)容

本文描述了用于基于啁啾脈沖放大產(chǎn)生短激光脈沖的技術(shù)和設(shè)備。

在一方面中，提供了用于生成超短激光脈沖的方法，該方法通過將激光脈沖在非線性光學介質(zhì)中經(jīng)由非線性自相位調(diào)制(SPM)的非線性處理與激光脈沖的后續(xù)線性處理分開來實現(xiàn)超短激光脈沖。該方法包括：將輸入激光脈沖引導(dǎo)至非線性光學處理模塊中以使光強度達到或超過用于非線性光學處理模塊中的SPM的強度閾值，從而由于非線性SPM導(dǎo)致每個激光脈沖的譜展寬及頻率啁啾量；將從非線性光學處理模塊輸出的譜展寬激光脈沖的強度控制為低于用于具有異常色散的線性光學處理模塊中的非線性SPM的非線性強度閾值水平，其中該線性光學處理模塊光耦合成接收從非線性光學處理模塊輸出的譜展寬激光脈沖而不導(dǎo)致光學非線性或非線性SPM；以及將線性光學處理模塊的光學傳播長度配置為導(dǎo)致譜展寬激光脈沖的異常光色散量，該譜展寬激光脈沖的異常光色散量補償由非線性光學處理模塊產(chǎn)生的頻率啁啾，并且導(dǎo)致脈沖寬度在時間上被壓縮，從而產(chǎn)生輸出激光脈沖，該輸出激光脈沖相對于輸入激光脈沖的譜寬度及脈沖持續(xù)時間被譜展寬且在時間上在脈沖持續(xù)時間方面被壓縮。

在另一方面中，提供了用于生成超短激光脈沖的設(shè)備，其包括：初始脈沖生成器、非線性光學處理模塊以及線性光學處理模塊，其中初始脈沖生成器產(chǎn)生具有期望總光能每脈沖以及初始脈沖持續(xù)時間的初始輸入激光脈沖；非線性光學處理模塊耦合成接收初始激光脈沖以導(dǎo)致對每個激光脈沖進行的非線性自相位調(diào)制(SPM)，從而由于非線性SPM產(chǎn)生每個激光脈沖的譜展寬以及頻率啁啾量；線性光學處理模塊具有異常色散并光耦合成接收來自非線性光學處理模塊的、光強度低于用于線性光學處理模塊中的非線性SPM的非線性強度閾值水平的譜展寬激光脈沖。線性光學處理模塊的光學傳播長度設(shè)定導(dǎo)致譜展寬激光脈沖的異常光色散量的值，譜展寬激光脈沖的異常光色散量補償由非線性光學處理模塊產(chǎn)生的頻率啁啾，以產(chǎn)生輸出激光脈沖，其中輸出激光脈沖被譜展寬并且在時間上在脈沖持續(xù)時間方面被壓縮。

在另一方面中，提供用于生成超短激光脈沖的設(shè)備，其包括：激光頭殼體、脈沖壓縮器、非線性光學處理模塊以及線性光學處理模塊，其中激光頭殼體包括構(gòu)造為連接至光纖線纜的終端端口以接收初始激光脈沖的輸入光纖連接器端口以及用于輸出激光脈沖的輸出端口；脈沖壓縮器耦合成從輸入光纖連接器端口接收初始激光脈沖并配置為壓縮每個激光脈沖的脈沖持續(xù)時間；非線性光學處理模塊位于激光頭殼體中并耦合成接收來自脈沖壓縮器的初始激光脈沖以導(dǎo)致對每個激光脈沖進行的非線性自相位調(diào)制(SPM)，從而由于非線性SPM產(chǎn)生每個激光脈沖的譜展寬及頻率啁啾量；以及線性光學處理模塊位于激光頭殼體內(nèi)部并具有異常色散的，并且光耦合成接收來自非線性光學處理模塊的、光強度低于用于線性光學處理模塊中的非線性SPM的非線性強度閾值水平的譜展寬激光脈沖。線性光學處理模塊的光學傳播長度設(shè)定為導(dǎo)致譜展寬激光脈沖的異常光色散量的值，其中譜展寬激光脈沖的異常光色散量補償由非線性光學處理模塊產(chǎn)生的頻率啁啾，以產(chǎn)生輸出激光脈沖，其中輸出激光脈沖被譜展寬并且在時間上在脈沖持續(xù)時間方面被壓縮。