[發明專利]一種780nm的高功率光纖飛秒激光器

在審

• 申請號: 201410595365.3
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104283097A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 曾和平;郝強;茹啟田
• 申請（專利權）人: 上海朗研光電科技有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10;H01S3/13;G02F1/35
• 代理公司: 上海藍迪專利事務所 31215
• 代理人: 徐筱梅

技術領域

本發明涉及高能激光技術領域，尤其是一種780nm的高功率光纖激光器。

背景技術

780nm的飛秒激光源是超連續光譜產生、光學顯微成像、激發太赫茲產生、泵浦-探測超快過程研究、非線性激光光譜、飛秒微納精細加工、材料超快動力學探測等理想光源。

780nm飛秒脈沖光源傳統上主要依靠鈦寶石激光器提供。但是鈦寶石激光器體積龐大、造價昂貴，主要應用于實驗室環境。并且由于鈦寶石激光器失去鎖模，需要專業人員進行調節鎖模。另外，鈦寶石激光器中使用的各種精密光學元件需要濕度恒定的環境，激光諧振腔的穩定對溫度也提出了一定的要求，這些因素進一步限制的鈦寶石激光器的推廣。

一種替代鈦寶石激光器的方案是通過1560nm摻鉺光纖飛秒激光器倍頻產生780nm的飛秒激光。光纖激光器具有的高穩定和低成本的特性將使它在大部分領域取代鈦寶石激光器。許多領域需要高脈沖能量的780nm激光，但是光纖放大器中的非線性效應和光纖材料的損傷閾值限制了激光器脈沖能量的進一步提高。

啁啾脈沖放大技術是主流的高功率脈沖放大技術，這種技術最早在1985年由G?Mourou和Donna?Strickland應用于激光中。這種技術的基本原理是利用色散材料將脈沖展寬，然后放大，最后利用相反色散的材料壓縮脈沖得到高能量脈沖。盡管可以將啁啾脈沖放大應用于光纖激光器可獲得高能量激光脈沖，但是此方案仍存在一些不利因素。首先，啁啾脈沖放大技術對種子脈沖的光譜寬度要求較高，并受其初始啁啾的影響較大，而不適用于光譜較窄的脈沖；此外，CPA所需的工作距離（或是空間結構的展寬器和壓縮器，或是正常色散和反常色散光纖）較長，而不適用于小型化便攜式的光纖激光器。

????分離脈沖放大技術是另一種高功率脈沖放大技術，由F.?W?Wise小組在2007年提出。分離脈沖放大技術可以避免一個脈沖在高能量放大過程中的過高峰值功率，其是將初始脈沖在軸向復制成能量均分的一系列脈沖串，而后將整個脈沖串的能量放大，分散的脈沖個數越多，降低放大過程中的非線性效應越顯著。與啁啾脈沖放大不同，分離脈沖放大技術不是基于色散效應對脈沖進行展寬，而是利用脈沖偏振特性將脈沖分離，即將初始脈沖復制成幾個能量更小的脈沖。因此，分離脈沖放大技術在高能量脈沖的產生上具有獨特的優勢：首先，該技術將初始脈沖進行能量分割，在時域上形成一個脈沖串，脈沖串中的每個脈沖（除了偏振態以外）的所有特性都是完全相同的，并與初始脈沖保持一致，適用于各種光譜形狀的脈沖放大，并且不依賴于脈沖的初始啁啾，特別適用于光譜較窄的皮秒脈沖放大；其次，可以通過偏振復用的方式，將脈沖分離裝置復用為脈沖合成裝置，即將脈沖分束和合束合二為一，減少了系統的復雜性。

????但是，分離脈沖放大裝置在進行超短脈沖放大過程時，特別是變換極限在100fs以下的脈沖，較為困難。超短脈沖在光纖及光纖器件中的高階色散累積和高階非線性累積，極為嚴重的降低了脈沖的壓縮質量。

發明內容

????本發明的目的是針對現有技術在超短脈沖放大過程中的不足而提供的一種780?nm高功率光纖飛秒激光器，本發明結合兩種脈沖展寬方式的優點，在較小工作空間內將脈沖從100fs展寬到1ns，放大后的脈沖經過單模光纖的非線性壓縮至100?fs以下，最后，通過非線性晶體倍頻至780?nm。本發明具有穩定性高、結構簡單、體積小巧、成本低廉等優點，為超連續譜產生、太赫茲產生、光學顯微成像等領域提供了可取代鈦寶石飛秒激光光源的一種解決方案。

實現本發明目的具體技術方案是：

一種780nm的高功率光纖飛秒激光器，特點是：該激光器包括激光器種子源、激光展寬放大模塊、激光壓縮模塊、激光倍頻模塊，激光器種子源、激光展寬放大模塊、激光壓縮模塊及激光倍頻模塊依次連接；其中，所述激光展寬模塊由啁啾脈沖展寬子模塊、脈沖分離子模塊和光纖放大子模塊組成，啁啾脈沖展寬子模塊、脈沖分離子模塊和光纖放大子模塊依次連接；所述的激光器種子源、啁啾脈沖展寬子模塊，脈沖分離子模塊、光纖放大子模塊及脈沖壓縮模塊均工作在1560nm波段。

所述的啁啾脈沖展寬子模塊由色散補償光纖、光纖準直器、空間光隔離器組成，色散補償光纖為種子光波段的正色散光纖或者負色散光纖，分別能使激光器種子源的輸出脈沖產生正啁啾或者負啁啾。

所述正色散光纖或者負色散光纖是單模光纖、多模光纖、雙包層光纖或者大模場光子晶體光纖。

所述脈沖分離子模塊由基于雙折射晶體或者偏振分束器的脈沖分離裝置構成，能夠產生多個依靠偏振分離的子脈沖，子脈沖為正啁啾或負啁啾。