[發明專利]一種具有寬重復頻率調諧范圍的小型化光纖飛秒激光器

在審

• 申請號: 201510044346.6
• 申請日: 2015-01-28
• 公開（公告）號: CN104638501A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 楊麗君;吳學健;張弘元;李巖;尉昊赟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/098
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于測量技術領域，特別涉及一種具有寬重復頻率調諧范圍的小型化光纖飛秒激光器。

背景技術

利用兩臺具有一定重復頻率差異的飛秒激光器組成異步時域采樣系統，可以實現高精度的絕對距離測量和精密光譜測量。該方法因其具有測量速度快和準確度高等優勢，已經成為當前激光精密測量領域的熱點。飛秒激光器的性能是整個測量系統的瓶頸。盡管目前所使用的光纖飛秒激光器，相比于固體飛秒激光器，具有體積小巧、價格低廉和穩定性好的優勢，但是為了在工業應用中利用飛秒激光進行精密測量，光纖飛秒激光器的性能還需要被提升。一方面，需要增大飛秒激光重復頻率的調諧范圍。2004年，Washburn等人在摻餌光纖環形腔中加入光纖延時線，得到了49.3MHz—50.1MHz的重復頻率調節范圍。同年，Hundertmark等人在摻餌光纖腔中利用可移動反射鏡得到了55.3MHz—56.4MHz的重復頻率調節范圍。上述激光器雖然實現了重復頻率的調諧，但是調諧范圍非常有限。增大重復頻率的調諧范圍可以使得飛秒激光器的重復頻率調節范圍足以抑制長期的溫度漂移，而且這也可以使制作兩臺重復頻率接近的飛秒激光器變得更容易。另一方面，需要提高飛秒光纖激光器鎖模狀態的穩定性。非線性偏振和可飽和吸收是兩種常見的光纖飛秒激光器鎖模機制，但是各自都互有優劣，基于可飽和吸收和非線性偏振旋轉混合鎖模機制的摻餌光纖激光器可以產生自啟動并且鎖模穩定的飛秒激光脈沖，這種混合鎖模機制對于制作環境適應性強的光頻梳非常有效。但是，如何有效的實現兩種鎖模機制的有效結合，需要針對飛秒激光諧振腔的色散特性進行優化。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有寬重復頻率調諧范圍的小型化光纖飛秒激光器，在環形激光腔內加入自動控制的光學延遲線，并且在摻餌光纖上粘附壓電陶瓷，通過壓電陶瓷改變腔長來抑制重復頻率的短期波動，實現了光纖飛秒激光器重復頻率的大范圍調諧，優化了光纖飛秒激光器的腔內色散，實現了非線性偏振和可飽和吸收的有效結合，最終利用這種混合鎖模方式提高了激光器的穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

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

所述基于混合鎖模機制的重復頻率可調摻餌光纖激光器包括依次設置在泵浦源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器件，通過非線性偏振旋轉器件尋找最優的偏振狀態從而實現鎖模，鎖模激光以空間光輸出；

所述重復頻率鎖定系統包括接所述空間光將其分為兩束的耦合器300，以及依次設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變為電壓信號，最終通過高壓放大器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定；

所述計算機控制系統包括計算機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還通過數據采集卡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。

所述波分復用器200將泵浦源1發出的激光耦合到環形激光腔中，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自啟動。

所述非線性偏振旋轉器件由依次設置在光路上的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，通過旋轉波片尋找最優的偏振狀態從而實現鎖模，鎖模激光通過偏振分光棱鏡208以空間光輸出。

所述摻餌光纖201纏繞成環。