[發(fā)明專利]一種具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器

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• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104638501A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊麗君;吳學健;張弘元;李巖;尉昊赟
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

1.一種具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，包括基于混合鎖模機制的重復頻率可調(diào)摻餌光纖激光器、重復頻率鎖定系統(tǒng)以及計算機控制系統(tǒng)，其中：

所述基于混合鎖模機制的重復頻率可調(diào)摻餌光纖激光器包括依次設(shè)置在泵浦源(1)出射光路上的通過單模光纖(210)連接起來組成環(huán)形激光腔的波分復用器(200)、粘有壓電陶瓷(202)的摻餌光纖(201)、光隔離器(203)、半導體可飽和吸收體(204)、光學延遲線(205)以及設(shè)置在光學延遲線(205)的左右準直透鏡之間的非線性偏振旋轉(zhuǎn)器件，通過非線性偏振旋轉(zhuǎn)器件尋找最優(yōu)的偏振狀態(tài)從而實現(xiàn)鎖模，鎖模激光以空間光輸出；

所述重復頻率鎖定系統(tǒng)包括接所述空間光將其分為兩束的耦合器(300)，以及依次設(shè)置于其中一束光路上的光電探測器(301)、1:2的分光器(302)、濾波器(303)、放大器(304)、相位探測器(305)、比例積分器(306)和高壓放大器(307)；所述相位探測器(305)由一個混頻器和一個低通濾波器組成，該混頻器連接鎖定在銣鐘(308)上的本地振蕩器(309)輸出的本地振蕩信號，放大器(304)輸出的電信號與該本地振蕩信號進行混頻再由低通濾波器取出差頻信號，該差頻信號即誤差信號，誤差信號再通過比例積分器(306)變?yōu)殡妷盒盘枺罱K通過高壓放大器(307)得到高壓信號，該高壓信號用于控制壓電陶瓷(202)改變所述摻餌光纖激光器的腔長，從而抑制重復頻率的短期波動，使輸出激光的重復頻率穩(wěn)定；

所述計算機控制系統(tǒng)包括計算機(400)和頻率計(401)，頻率計(401)接1:2的分光器(302)輸出信號的一路以及銣鐘(308)將其頻率輸入至計算機(400)，計算機(400)還通過數(shù)據(jù)采集卡(402)接收比例積分器(306)的輸出，計算機(400)通過判斷比例積分器(306)的的輸出來對光學延遲線(205)進行控制，實現(xiàn)所述摻餌光纖激光器腔長的增大或減小，補償輸出激光重復頻率的長期大范圍波動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，所述波分復用器(200)將泵浦源(1)發(fā)出的激光耦合到環(huán)形激光腔中，摻餌光纖(201)和光隔離器(203)保證光線沿單一方向運動，半導體可飽和吸收體(204)利用對光強的非線性濾波效應實現(xiàn)自啟動。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，所述非線性偏振旋轉(zhuǎn)器件由依次設(shè)置在光路上的1/4波片(206)、第一1/2波片(207)、偏振分光棱鏡(208)和第二1/2波片(209)，通過旋轉(zhuǎn)波片尋找最優(yōu)的偏振狀態(tài)從而實現(xiàn)鎖模，鎖模激光通過偏振分光棱鏡(208)以空間光輸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，所述摻餌光纖(201)纏繞成環(huán)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，所述頻率計(401)接1:2的分光器(302)輸出信號的一路進行重復頻率鎖定，1:2的分光器(302)輸出信號的另一路連接至帶通濾波器(303)，帶通濾波器(303)將待鎖定重復頻率之外的頻率信號濾掉，減少噪聲和干擾。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，所述本地振蕩器(309)的頻率設(shè)定和銣鐘(308)的頻率設(shè)定均與待鎖定重復頻率一致。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，所述高壓信號作為反饋信號控制壓電陶瓷(202)改變摻餌光纖激光器的腔長，直到輸出的誤差信號為0。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有寬重復頻率調(diào)諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，其特征在于，當重復頻率改變超過了變化范圍，數(shù)據(jù)采集卡(402)持續(xù)采集誤差信號送給計算機，計算機(400)通過誤差信號判斷重復頻率改變是否超過控制范圍，若超過，則控制光學延遲線(205)，使其逐步移動，每移動一步后對誤差信號進行判斷，直到誤差信號為0，使光學延遲線(205)停止運動，即達到對重復頻率長期大范圍波動的抑制。