[發明專利]基于增益整形的超高斯脈沖產生方法及裝置

有效

• 申請號: 201410381723.0
• 申請日: 2014-08-05
• 公開（公告）號: CN104158075B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 王思佳
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明屬于超快激光技術領域，涉及一種高功率高信噪比寬帶超高斯脈沖產生方法，以及實現該方法的裝置。

背景技術

光纖超短脈沖激光系統可以輸出高平均功率、高重復頻率的飛秒級(fs，10^-15?s)激光脈沖，同時具有優異的光束質量和穩定性，已經在科學實驗和工業生產領域獲得廣泛研究，成為物理、化學等基礎學科，新一代同步光源、慣性約束核聚變等大科學工程，高精密光學測量，生物醫學成像，超精密外科手術以及微納米工業加工等領域研究的有力工具。與以鈦寶石為代表的塊狀固體激光系統相比，高功率的光纖激光器還具有價格低廉，結構簡單緊湊，易操作等突出優勢，更適合實際應用。但是，光纖細長的波導結構所帶來的非線性效應增強，使得光纖飛秒激光系統輸出的脈沖能量、脈沖寬度以及峰值功率指標都落后于鈦寶石系統。近幾年，摻鐿光纖啁啾脈沖放大(CPA)系統泵浦的光學參量放大(OPA)技術在輸出高平均功率、窄脈沖寬度、高峰值功率、高重復頻率以及波長可調諧的飛秒激光脈沖方面表現出極大優勢，而且相比于固體激光泵浦系統，光纖系統的緊湊結構更能滿足基礎科學研究及工業加工等領域的應用需求，具有平頂的超高斯時域形狀的泵浦光脈沖可有效提高OPA過程的轉換效率和增益帶寬。

近年來，諸如液晶空間光相位調制器(LC-SLM)、電光調制器(EOM)、聲光可編程色散濾波器(AOPDF)等多種主動脈沖整形系統已經被用于光纖放大系統，或抑制納秒(ns，10^-9?s)級超高斯脈沖在光纖放大器增益飽和作用下的脈沖變形，或補償寬帶脈沖在增益窄化作用下的脈沖畸變和非線性相位積累，在產生高功率平頂激光脈沖以及消除去啁啾脈沖基底等方面取得了顯著成果。但是，這種通過引入附加無源分立元件的主動脈沖整形方法，不僅能承受的入射光平均功率較低，頻譜寬度有限，而且為放大系統帶來了額外的功率損耗和帶寬損失，并不利于高功率高信噪比的寬帶脈沖輸出。除此之外，此類整形系統所采用的反饋控制算法大都比較復雜，系統占用空間大，光路調節困難，極大的增加了系統成本和復雜性，由此也喪失了光纖飛秒激光放大系統最主要的優勢，不利于實際應用。

因此，不引入任何附加整形元件，直接從光纖放大器獲得高功率(>100W)高信噪比(>40dB)的寬帶(>20nm)超高斯脈沖，對于光纖CPA系統泵浦的OPA技術發展具有重要意義，是突破光纖飛秒激光放大系統輸出脈沖寬度和峰值功率瓶頸的關鍵技術之一。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于增益整形的高功率高信噪比寬帶超高斯脈沖產生方法及實現該方法的裝置，不需要分立主動脈沖整形系統，無附加功率損耗和帶寬損失，操作簡單，方便擴展為多級放大結構，能夠實現高功率和高信噪比的寬帶超高斯脈沖輸出。

本發明的技術解決方案是：基于增益整形的超高斯脈沖產生方法，包括如下步驟：

(1)產生帶寬大于20nm的線性啁啾激光脈沖；

(2)調整所述線性啁啾激光脈沖的中心波長，使其長于光纖放大器摻雜的增益離子的本征發射譜線的峰值波長；

(3)選取至少一個光纖放大器作為一級前置放大器，調整各級前置放大器的增益光纖長度和泵浦光功率，使得各前置放大器的增益系數譜線均呈現下三角形狀；

(4)將調整中心波長后的線性啁啾激光脈沖順序通過各級前置放大器，利用前置放大器自身的增益整形作用，改變調整中心波長后的線性啁啾激光脈沖的頻域和時域形狀，得到增益窄化的下三角形啁啾脈沖；

(5)選取一個光纖放大器作為主放大器，調整主放大器的增益光纖長度，使得主光纖放大器的增益光纖長度是前置放大器光纖長度的1～3倍，同時調整主放大器的泵浦光功率，使得主放大器的增益譜線中心波長長于前置放大器的增益譜線中心波長；

(6)將所述增益窄化的下三角形脈沖注入主放大器，利用主放大器的增益整形作用，對所述下三角形啁啾脈沖進行功率放大和脈沖整形，形成超高斯形脈沖。

所述的增益離子為鐿離子。所述的線性啁啾激光脈沖的中心波長為1040～1060nm。所述的前置放大器的增益光纖長度為1.5m～2.0m。