[發(fā)明專利]一種基于鎖模自相關(guān)的可調(diào)諧短脈沖激光放大器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201511005046.3
• 申請(qǐng)日: 2015-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106921108A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳付志;張?jiān)赔C;李力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/108
• 分類號(hào): H01S3/108;H01S3/107;H01S3/10;H01S3/11
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心32203
• 代理人: 朱沉雁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，具體涉及一種基于鎖模自相關(guān)的可調(diào)諧短脈沖激光放大器。

背景技術(shù)

可調(diào)諧激光器可作為光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。可調(diào)諧激光器的輸出波長(zhǎng)可調(diào)，通用性強(qiáng)，可代替固定波長(zhǎng)的分布反饋式激光器，使用時(shí)調(diào)節(jié)至工作波長(zhǎng)即可。因此僅需配備少量數(shù)目的可調(diào)諧激光器，即可提供不同工作環(huán)境中的激光光源，設(shè)備管理得以簡(jiǎn)化，利用效率得以提高。此外，對(duì)實(shí)現(xiàn)光脈沖壓縮、功率放大等，可調(diào)諧激光器所輸出的脈沖光。

可調(diào)諧激光器其波長(zhǎng)調(diào)諧的廣度和輸出功率的高低，在實(shí)際應(yīng)用中至關(guān)重要，也是調(diào)諧激光器重要的品質(zhì)衡量標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)諧激光器波長(zhǎng)的調(diào)諧廣度對(duì)于實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的功率放大有著根本性約束作用。實(shí)現(xiàn)單個(gè)激光器的大功率輸出，是目前激光器技術(shù)的瓶頸，而利用光放大系統(tǒng)對(duì)激光進(jìn)行功率放大的技術(shù)，在光纖激光器和光纖通訊中早已經(jīng)成熟。可見(jiàn)，對(duì)調(diào)諧激光中特定波長(zhǎng)進(jìn)行光放大具有可行性。在此過(guò)程中，需要考慮調(diào)諧激光器輸出光束的能量密度、脈寬、線寬等特性。因此，基于激光調(diào)諧的成熟技術(shù)，可設(shè)計(jì)后續(xù)的光放大系統(tǒng)，脈寬、線寬的擴(kuò)展、壓縮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)通訊波長(zhǎng)（1550nm）的大功率、窄脈寬和線寬的激光功率放大。Jeff Squier, Fran?oise Salin在OPTICS LETTERS提出過(guò)一種將鎖模激光脈寬展寬后再進(jìn)行放大的激光放大系統(tǒng)，飛秒鎖模激光器作為種子源，脈沖展寬后的激光光束經(jīng)再生放大器放大，再經(jīng)過(guò)脈沖壓縮器后輸出，得到能量被放大數(shù)千倍的單激光脈沖。但經(jīng)過(guò)再生放大器后的激光光束的功率不高，同時(shí)激光的波長(zhǎng)不可調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于鎖模自相關(guān)的可調(diào)諧短脈沖激光放大器，解決了單級(jí)功率放大倍數(shù)不高及激光的波長(zhǎng)不可諧調(diào)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于鎖模自相關(guān)的可調(diào)諧短脈沖激光放大器，包括第一調(diào)Q準(zhǔn)連續(xù)Nd:YAG激光器、第二調(diào)Q準(zhǔn)連續(xù)Nd:YAG激光器、第一凸透鏡、第二凸透鏡、第一分光鏡、第二分光鏡、第一光隔離器、第四分光鏡、第二光隔離器、第三光隔離器、自鎖模激光器、脈沖擴(kuò)展器、相位調(diào)制器、再生放大器、脈沖壓縮器和空腔自鎖模系統(tǒng)；

自鎖模激光器采用基本z型諧振腔，包括依次設(shè)置的第一全反射鏡、雙折射干涉濾波器、第二凹球面鏡、克爾介質(zhì)工作物質(zhì)、第一凹球面鏡、第一棱鏡對(duì)和耦合輸出鏡；第一凸透鏡位于第一調(diào)Q準(zhǔn)連續(xù)Nd:YAG激光器與第一凹球面鏡之間，第二凸透鏡位于第二調(diào)Q準(zhǔn)連續(xù)Nd:YAG激光器與第二凹球面鏡之間；

所述脈寬擴(kuò)展器包括第一光柵對(duì)、第三凸透鏡、第四凸透鏡、第二全反射鏡；所述第一光柵對(duì)包括第一光柵和第二光柵，第一光柵傾斜放置，第二光柵水平放置；第三凸透鏡、第四凸透鏡沿第一光柵的反射光路設(shè)置在第一光柵對(duì)之間；第二全反射鏡設(shè)置在第二光柵的反射光路上；

再生放大器包括共光軸依次設(shè)置的第三調(diào)Q準(zhǔn)連續(xù)Nd:YAG激光器、第三凹球面鏡、第三分光鏡、激光增益介質(zhì)、第四凹球面鏡；

空腔自鎖模系統(tǒng)包括沿光路依次設(shè)置的第五凹球面鏡、第六凹球面鏡、SESAM、第四全反射鏡；

所述第一光隔離器和第一分光鏡依次設(shè)置在自鎖模激光器的耦合輸出鏡和脈寬擴(kuò)展器的第一光柵對(duì)的第一光柵之間，且第一分光鏡與相位調(diào)制器共光軸；

所訴第二分光鏡設(shè)置在相位調(diào)制器和再生放大器的第三分光鏡之間，且第二分光鏡與脈沖壓縮器的第五凸透鏡共光軸，第二分光鏡和第五凸透鏡之間依次設(shè)有第二光隔離器和第四分光鏡；所述第四分光鏡與空腔自鎖模系統(tǒng)的第五凹球面鏡共光軸；第二分光鏡和相位調(diào)制器之間設(shè)有第三光隔離器；

所述脈沖壓縮器包括沿光路依次設(shè)置的第五凸透鏡、光纖、第六凸透鏡、第二棱鏡對(duì)和第三全反射鏡，第五凸透鏡的焦點(diǎn)處耦合進(jìn)光纖的一端，第六凸透鏡的焦點(diǎn)處耦合進(jìn)光纖的另一端。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1）利用克爾介質(zhì)工作物質(zhì)（Cr4+:YAG）的自聚焦的非線性光學(xué)特性和其較寬的熒光光譜，通過(guò)雙折射干涉濾波器和第一棱鏡對(duì)實(shí)現(xiàn)較寬調(diào)諧范圍的激光的ps級(jí)激光輸出。

（2）利用第一光柵對(duì)、第二凸透鏡、第三凸透鏡和第二全反射鏡組成的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光束的脈寬展寬，展寬數(shù)千倍。使其峰值功率降低，防止再生放大器損傷放大器。

（3）利用相位調(diào)制器，使其頻譜的中心頻率附近展寬，從而實(shí)現(xiàn)相差很小的邊頻在再生放大器中被放大，同時(shí)又不產(chǎn)生較大的模式競(jìng)爭(zhēng)，經(jīng)過(guò)再生放大器放大，實(shí)現(xiàn)其大功率輸出。