器507的一級(jí)衍射光將會(huì)獲得驅(qū)動(dòng)頻率的頻移量，此時(shí)超短飛秒脈沖的載波包絡(luò)相位及噪聲巧妙抵消，獲得載波包絡(luò)相位鎖定的飛秒脈沖，由于重復(fù)頻率得到穩(wěn)定，聲光晶體移頻器507—級(jí)衍射角輸出的即為高精度鎖定的高功率飛秒光學(xué)頻率梳。
[0050]
實(shí)施例5:如圖1、5所示，本實(shí)施例具體涉及一種基于棱鏡對(duì)預(yù)啁啾的雙向栗浦自相似放大和非共線自參考結(jié)構(gòu)的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，該光學(xué)頻率梳裝置包括激光器種子源100、脈沖放大及控制模塊200、重復(fù)頻率鎖定模塊300、載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊400以及載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊500，其中，激光器種子源100依次連接脈沖放大及控制模塊200以及載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊500;同時(shí)脈沖放大及控制模塊200的輸出端通過重復(fù)頻率鎖定模塊300與激光器種子源100連接形成后向閉環(huán)腔，脈沖放大及控制模塊200的輸出端通過載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊400與載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊500連接形成前向閉環(huán)腔。
[0051 ] 激光器種子源100為摻鐿光纖激光器種子源。
[0052]脈沖放大及控制模塊200包括在光路上依次連接的脈沖預(yù)放子模塊210、啁啾管理子模塊220、自相似主放子模塊230和脈沖壓縮子模塊240，產(chǎn)生高功率飛秒光學(xué)頻率梳光源。其中，(a)脈沖預(yù)放子模塊210包括光纖隔離器211、半導(dǎo)體激光器212、波分復(fù)用器213以及摻鐿增益光纖214，能夠?qū)⒓す馄鞣N子源100輸出脈沖的功率放大到瓦量級(jí)；(b)啁啾管理子模塊220可控制產(chǎn)生正啁啾或負(fù)啁啾脈沖，包括全反鏡221、全反鏡222、全反鏡224以及棱鏡對(duì)225; (c)自相似主放子模塊230能夠工作在自相似啁啾脈沖放大模式，包括空間隔離器231、雙色鏡237、栗浦源238、摻鐿大模場光子晶體光纖232、雙色鏡235以及栗浦源236; (d)脈沖壓縮子模塊240能夠?qū)Ψ糯蠛蟮拿}沖進(jìn)行壓縮，包括全反鏡241、全反鏡242、光柵對(duì)243、全反鏡244以及部分反射部分透射鏡245。
[0053]重復(fù)頻率鎖定模塊300能夠產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光器種子源中的壓電陶瓷，將飛秒光學(xué)頻率梳的重復(fù)頻率精確鎖定，包括部分反射鏡301、全反鏡302、光電探測器303、混頻器304、頻率標(biāo)準(zhǔn)源305以及誤差信號(hào)處理模塊306。
[0054]載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊400基于非共線自參考結(jié)構(gòu)，包括耦合透鏡401、光子晶體光纖402、耦合透鏡403、雙色鏡404、BB0倍頻晶體405、全反鏡406、雙色鏡407以及全反鏡408。
[0055]載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊500包括全反鏡501、全反鏡502、全反鏡503、光電倍增管504、濾波電路模塊505、放大及驅(qū)動(dòng)模塊506以及聲光晶體移頻器507。
[0056]如圖5所示，本實(shí)施例中基于棱鏡對(duì)預(yù)啁啾的雙向栗浦自相似放大和非共線自參考結(jié)構(gòu)的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置的工作原理如下:
摻鐿光纖激光器種子源100輸出的飛秒脈沖，經(jīng)過一個(gè)1030nm光纖隔離器211后通過波分復(fù)用器213進(jìn)入摻鐿增益光纖214進(jìn)行功率預(yù)放大，波分復(fù)用器213的短波輸入端連接一個(gè)中心波長在976nm半導(dǎo)體激光器212，放大后的脈沖進(jìn)入啁啾管理子模塊220在全反鏡224的作用下往返經(jīng)過棱鏡對(duì)225，脈沖寬度適度壓縮，略帶負(fù)色散，然后經(jīng)過高功率空間隔離器231和雙色鏡237進(jìn)入摻鐿大模場光子晶體光纖232，在功率放大引入的非線性相移與光纖增益以及正色散等效應(yīng)作用下，脈沖形狀和光譜輸出呈現(xiàn)拋物線形，基于強(qiáng)度相關(guān)的自相位調(diào)制克服增益窄化效應(yīng)充分展寬光譜。自相似放大系統(tǒng)的栗浦源238和栗浦源236采用雙向栗浦方式空間耦合到摻鐿大模場光子晶體光纖232，高功率空間隔離器231防止回返光損壞前級(jí)器件。自相似放大系統(tǒng)輸出的高功率脈沖在放大中引入正色散，經(jīng)過脈沖壓縮子模塊240在全反鏡244作用下往返經(jīng)過光柵對(duì)243補(bǔ)償色散，壓縮得到平均功率100W，光譜寬度達(dá)lOOnm，脈沖寬度lOOfs以下的高功率超短飛秒脈沖，然后經(jīng)全反鏡242和部分反射部分透射鏡245輸出。
[0057]壓縮得到的高功率超短飛秒脈沖分為三部分:
(1)毫瓦量級(jí)部分激光進(jìn)入重復(fù)頻率鎖定模塊300，經(jīng)過光電探測器303將脈沖光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過混頻器304與頻率標(biāo)準(zhǔn)源305輸出的參考信號(hào)拍頻得到重復(fù)頻率誤差信號(hào)，再經(jīng)過誤差信號(hào)處理模塊306轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用在激光器種子源100中的壓電陶瓷101上，鎖定重復(fù)頻率；
(2)瓦量級(jí)部分激光進(jìn)入基于非共線自參考結(jié)構(gòu)的載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊400，經(jīng)過耦合透鏡401超短飛秒脈沖注入光子晶體光纖402產(chǎn)生超過一個(gè)倍頻程600nm-1200nm的超連續(xù)光譜，然后經(jīng)過雙色鏡404分光，短波段600nm激光反射依次經(jīng)過全反鏡408、雙色鏡407，長波段1200nm激光透射經(jīng)過ΒΒ0倍頻晶體405產(chǎn)生600nm激光與另一路600nm激光空間上重合一起輸出到載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊500中的光電倍增管504，拍頻產(chǎn)生高信噪比的載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)，然后經(jīng)過濾波電路模塊505和放大及驅(qū)動(dòng)模塊506得到幅度適當(dāng)?shù)妮d波包絡(luò)相位零頻信號(hào)，作為調(diào)制驅(qū)動(dòng)頻率加載在聲光晶體移頻器507的驅(qū)動(dòng)端上；
(3)剩余部分經(jīng)衰減輸入到聲光晶體移頻器507，根據(jù)聲光晶體移頻原理，聲光晶體移頻器507的一級(jí)衍射光將會(huì)獲得驅(qū)動(dòng)頻率的頻移量，此時(shí)超短飛秒脈沖的載波包絡(luò)相位及噪聲巧妙抵消，獲得載波包絡(luò)相位鎖定的飛秒脈沖，由于重復(fù)頻率得到穩(wěn)定，聲光晶體移頻器507—級(jí)衍射角輸出的即為高精度鎖定的高功率飛秒光學(xué)頻率梳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述光學(xué)頻率梳裝置包括激光器種子源、脈沖放大及控制模塊、重復(fù)頻率鎖定模塊、載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊以及載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊，所述激光器種子源依次連接所述脈沖放大及控制模塊以及所述載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊，所述脈沖放大及控制模塊輸出端經(jīng)所述重復(fù)頻率鎖定模塊與所述激光器種子源連接形成后向閉環(huán)腔，所述脈沖放大及控制模塊輸出端經(jīng)所述載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊與所述載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊連接形成前向閉環(huán)腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述脈沖放大及控制模塊由脈沖預(yù)放子模塊、啁啾管理子模塊、自相似主放子模塊和脈沖壓縮子模塊組成，各子模塊在光路上依次連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述脈沖預(yù)防子模塊由光纖隔離器、波分復(fù)用器、光纖栗浦源和增益光纖組成，所述光纖隔離器、波分復(fù)用器以及增益光纖在光路上依次連接，所述光纖栗浦源連接所述波分復(fù)用器的短波輸入端。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述啁啾管理子模塊和所述脈沖壓縮子模塊均由基于光柵對(duì)或者棱鏡對(duì)的色散補(bǔ)償裝置構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述自相似主放子模塊由基于大模場光子晶體光纖的放大裝置組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述重復(fù)頻率鎖定模塊包括光電探測器、頻率標(biāo)準(zhǔn)源、混頻器以及誤差信號(hào)處理模塊，所述光電探測器、所述混頻器以及所述誤差信號(hào)處理模塊依次連接，所述頻率標(biāo)準(zhǔn)源同所述混頻器連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊由基于光子晶體光纖的共線或非共線拍頻結(jié)構(gòu)組成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，其特征在于所述載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊由基于聲光晶體移頻器的載波包絡(luò)相位零頻控制裝置組成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自相似放大器的高功率超短脈沖光學(xué)頻率梳裝置，包括激光器種子源、脈沖放大及控制模塊、重復(fù)頻率鎖定模塊、載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊以及載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊，激光器種子源依次連接脈沖放大及控制模塊以及載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊，脈沖放大及控制模塊輸出端經(jīng)重復(fù)頻率鎖定模塊與激光器種子源連接形成后向閉環(huán)腔，脈沖放大及控制模塊輸出端經(jīng)載波包絡(luò)相位零頻信號(hào)測量模塊與載波包絡(luò)相位零頻鎖定模塊連接形成前向閉環(huán)腔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，基于自相似放大技術(shù)，有效克服脈沖放大中的增益窄化、帶寬受限、非線性相位畸變，光譜有效展寬，獲得高功率飛秒脈沖，提高載波包絡(luò)相位零頻鎖定精度。
【IPC分類】H01S3/10, H01S3/108
【公開號(hào)】CN105470800
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610001492
【發(fā)明人】王超, 李文雪, 劉洋, 羅大平, 曾和平
【申請(qǐng)人】華東師范大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2016年1月5日