[發(fā)明專利]偏振合束非線性旋轉(zhuǎn)鎖模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410228586.7
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103972779B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾和平;李浪
• 申請（專利權(quán)）人: 上海朗研光電科技有限公司
• 主分類號: H01S3/098
• 分類號: H01S3/098;H01S3/101;H01S3/067
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)31215
• 代理人: 徐筱梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種偏振合束非線性旋轉(zhuǎn)鎖模的方法。

背景技術(shù)

鎖模脈沖激光器由于其種種優(yōu)點，例如輸出的脈寬窄、峰值功率高、光譜范圍寬等等，廣泛應(yīng)用于信息處理、通信、激光光譜、互聯(lián)網(wǎng)及光全息技術(shù)等領(lǐng)域。獲得超短脈沖鎖模激光的方式很多，常見的包括可飽和吸收體技術(shù)鎖模和非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模等。可飽和吸收鎖模結(jié)構(gòu)簡單，能自鎖模，但是得到的脈沖容易分裂而且噪聲高，并且可飽和吸收體不能承受過高的峰值功率，長時間的鎖模也會對可飽和吸收體造成損傷。采用非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模技術(shù)的鎖模脈沖激光器，由于光的非線性效應(yīng)，鎖模的穩(wěn)定性較差，易受環(huán)境影響；激光脈沖放大在增益介質(zhì)中進(jìn)行，導(dǎo)致脈沖容易分裂以及調(diào)制不穩(wěn)定性，極易受到高階非線性效應(yīng)的影響，不利于獲得非常干凈壓縮脈沖，輸出脈沖的主峰通常伴有較大的傍瓣脈沖；在增益介質(zhì)中放大的激光模式的偏振方向不確定，激光腔內(nèi)模式的控制非常困難，而不同偏振模式相互競爭通常帶來額外的增益噪聲，偏振隨環(huán)境干擾的隨機(jī)抖動很難控制，輸出激光脈沖的穩(wěn)定性一般難以提高，相應(yīng)的時域-頻域噪聲較大，輸出脈沖的載波包絡(luò)相位偏移較大；受限于激光增益介質(zhì)的損傷閾值，得到的鎖模激光脈沖的能量有限；鎖模激光脈沖相對于連續(xù)背景光時域占空比通常比較低，在增益介質(zhì)中易于受到放大自發(fā)輻射連續(xù)光的影響，獲得的脈沖對比度一般不高。由于上述這些因素的存在，制約了非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模激光器的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題而提供的一種偏振合束非線性旋轉(zhuǎn)鎖模的方法，該方法可以得到穩(wěn)定輸出的高能量鎖模脈沖。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種偏振合束非線性旋轉(zhuǎn)鎖模方法，該方法采用非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模，激光腔內(nèi)形成的鎖模脈沖先經(jīng)過脈沖偏振分離合束進(jìn)行脈沖分離展寬，分離后得到的低峰值功率的脈沖經(jīng)過增益物質(zhì)進(jìn)行放大，放大之后的脈沖經(jīng)法拉第鏡旋轉(zhuǎn)鏡反射后返回進(jìn)行第二次放大，再進(jìn)行脈沖合束，得到高峰值功率的脈沖；脈沖在激光腔內(nèi)數(shù)次往返放大，得到高能量的激光脈沖后通過耦合輸出器件輸出。

所述分離展寬采用雙折射晶體、偏振分束單元或者兩者的組合將單個高峰值功率的脈沖分離成多個低峰值功率的脈沖。

所述雙折射晶體以任意角度切，采用兩塊對稱排列的雙折射晶體作為一個脈沖展寬壓縮單元。

所述雙折射晶體為釩酸釔晶體、鈮酸鋰晶體組、碳酸鈣晶體或二氧化鈦晶體。

所述雙折射晶體單元的長度依次成倍增長排列，即第二個雙折射晶體單元的長度為第一個雙折射晶體單元長度的兩倍，第三個雙折射晶體單元的長度為第二個雙折射晶體單元長度的兩倍，依次類推；其后一晶體單元的晶軸與光線夾角相對前一晶體單元旋轉(zhuǎn)45度。

所述偏振分束單元是由兩塊對稱擺放的偏振分束鏡和下部錐形石英晶體構(gòu)成，其縱向長度依次成倍增長排列，即第二單元的縱向長度為第一單元縱向長度的兩倍，第三單元的縱向長度為第二單元縱向長度的兩倍，依次類推；其后一單元與前一單元縱向呈45度角擺放。

所述增益介質(zhì)為固體激光器工作物質(zhì)或者摻雜光纖；所述固體激光器工作物質(zhì)為鈦藍(lán)寶石、摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）或摻釹釩酸釔（Nd:YVO4）；所述摻雜光纖為摻雜一種或多種稀土元素的單模光纖或者大芯徑多模光纖、雙包層光纖或光子晶體光纖。

所述法拉第旋轉(zhuǎn)鏡為空間結(jié)構(gòu)或者光纖結(jié)構(gòu)。

所述偏振分離合束將某一入射偏振光分束二個正交偏振方向，經(jīng)不同路徑傳播后合束，不同偏振方向的光束經(jīng)由不同的延時，產(chǎn)生偏振時域分離。

本發(fā)明激光增益和偏振非線性旋轉(zhuǎn)鎖模由腔內(nèi)不同的光學(xué)器件完成；在腔內(nèi)引入偏振分束，不同偏振模式的激光以不同路徑經(jīng)由增益介質(zhì)，經(jīng)法拉第反射鏡后以正交的偏振模式再次通過增益介質(zhì)，腔內(nèi)的偏振分束確保只有一種偏振模式在激光腔內(nèi)獲得最佳增益（最低損耗），完全抑制不同偏振模式的增益競爭以及偏振隨機(jī)抖動對激光增益的影響。本發(fā)明可以得到穩(wěn)定輸出的高能量鎖模脈沖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點：

⑴、本發(fā)明中激光進(jìn)入增益介質(zhì)前對脈沖進(jìn)行展寬，降低其峰值功率，能有效避免損傷增益介質(zhì)，減低高階非線性效應(yīng)的影響。

⑵、本發(fā)明中非線性偏振旋轉(zhuǎn)與增益介質(zhì)分離開，能有效避免脈沖的分裂以及脈沖調(diào)制不穩(wěn)定性。

⑶、本發(fā)明采用雙折射晶體或者偏振分束器件進(jìn)行脈沖分離展寬和合束，能夠避免高階啁啾的影響。

⑷、脈沖的展寬量可通過改變晶體單元的縱向結(jié)構(gòu)來精確控制，便于調(diào)節(jié)。