專利名稱:啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及啁啾激光脈沖,特別是一種啁啾展寬激光脈沖光譜 整形裝置。
背景技術(shù):
啁啾脈沖放大技術(shù)常用于產(chǎn)生太瓦甚至拍瓦超短超強(qiáng)激光脈沖實(shí)驗(yàn) 裝置中,種子激光脈沖在展寬器中進(jìn)行時(shí)間展寬,再進(jìn)行多級(jí)放大。由 于展寬后的種子激光脈沖的功率密度過(guò)低,放大階段通常分為高增益預(yù) 放大和功率放大兩個(gè)階段。在高增益預(yù)放大階段,由于激光介質(zhì)的增益 窄化效應(yīng)通常導(dǎo)致放大的激光脈沖光譜窄化,使得最終放大后的激光脈 沖無(wú)法壓縮回原來(lái)的脈寬。應(yīng)用光譜預(yù)整形技術(shù),可以降低光譜窄化效 應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)脈寬更窄、峰值功率密度更大的激光脈沖輸出。為了克服 超短激光脈沖放大過(guò)程中的增益窄化效應(yīng),人們提出了幾種光譜整形的 方法,諸如在光路中加載窄帶干涉濾光片與石英雙折射濾光片,采用反 射式變柵距光柵實(shí)現(xiàn)激光光譜整形的方法,這些方法在一定程度上滿足 了實(shí)驗(yàn)的需要,但是也存在一些問(wèn)題,諸如整形后的光譜存在一些尖峰, 改變光譜形狀比較繁瑣,對(duì)光路調(diào)節(jié)精度要求比較高,穩(wěn)定性不好,器 件加工比較困難等。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,提供一種啁 啾展寬激光脈沖光譜整形裝置。該整形裝置不需復(fù)雜的光路和機(jī)械裝置, 改變光譜形狀非常方便,操作靈活,效率高,容易嵌入到啁啾脈沖多級(jí)
^^大系^^中去
本實(shí)用新型是基本原理如下
種子激光脈沖經(jīng)過(guò)光柵展寬,耦合到單模光纖中,經(jīng)過(guò)加載有門電 脈沖的集成波導(dǎo)調(diào)制器選取激光單脈沖,再經(jīng)過(guò)加載有整形電脈沖的集 成波導(dǎo)調(diào)制器進(jìn)行時(shí)間整形,從而實(shí)現(xiàn)光譜整形。
設(shè)種子激光脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度為
<formula>formula see original document page 3</formula>(1) 經(jīng)過(guò)展寬器展寬后
<formula>formula see original document page 3</formula>(2)
式中<formula>formula see original document page 3</formula>分別為群延時(shí)、
群速色散系數(shù)。
在集成波導(dǎo)調(diào)制器中進(jìn)行時(shí)間整形:
(3)
S(0為整形后激光脈沖電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間分布函數(shù)。式中
,(,) 《+^2]化} (4)
式中^,^/2分別為電光調(diào)制晶體的半波電壓和四分之一電壓,W,)為 整形電脈沖電壓,^是直流偏置電壓。
對(duì)(3)式進(jìn)行傅立葉變換可得到電場(chǎng)強(qiáng)度在頻域內(nèi)的分布
(5)
(6)
所以整形后的激光脈沖的光譜形狀為 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下
一種啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝置,其特點(diǎn)在于該裝置由鎖 模激光器、光柵展寬器、透鏡、脈沖取樣器、光纖分束器、光纖放大器、 同步光電轉(zhuǎn)換裝置、整形電脈沖發(fā)生器和集成波導(dǎo)電光調(diào)制器構(gòu)成,其 位置關(guān)系是鎖模激光器輸出的待整形的超短激光脈沖,經(jīng)光柵展寬器 展寬,再經(jīng)透鏡耦合到第一單模光纖的輸入端,該第一單模光纖的輸出 端接所述的脈沖取樣器的輸入端,該脈沖取樣器的輸出端通過(guò)第二單模 光纖接所述的光纖分束器,該光纖分束器的第一輸出端接所述的光纖放 大器的輸入端,該光纖放大器的輸出端經(jīng)第五單模光纖接所述的同步光 電轉(zhuǎn)換裝置,該同步光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出端通過(guò)第一同軸電纜接所述的 整形電脈沖發(fā)生器輸入端,該整形電脈沖發(fā)生器的輸出端通過(guò)第二同軸 電纜接所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器第一輸入端;所述的光纖分束器第二 輸出端經(jīng)第三單模光纖接所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器的第二輸入端,待 整形的超短激光脈沖經(jīng)過(guò)整形電脈沖調(diào)制后由第四單模光纖輸出,光譜 得到了整形。
上述啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置進(jìn)行激光脈沖光譜整形的方 法,包括下列步驟
①光柵展寬器對(duì)接近傅立葉變換限的超短種子激光脈沖進(jìn)行啁啾展 寬,使激光脈沖的頻率間隔和時(shí)間間隔成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系; ' ②脈沖取樣器對(duì)高重復(fù)頻率激光脈沖序列選取單單脈沖,使展寬后 的激光脈沖的重復(fù)頻率降低為1HZ;
③應(yīng)用光纖分束器進(jìn)行激光脈沖分束,通過(guò)同步光電轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生 同步的觸發(fā)電脈沖,推動(dòng)整形電脈沖發(fā)生器產(chǎn)生整形電脈沖,使之與待
整形激光脈沖保持高度同步;
④應(yīng)用整形電脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的整形電脈沖輸入所述的集成波導(dǎo)電 光調(diào)制器,對(duì)由所述的光纖分束器第二輸出端經(jīng)第三單模光纖輸入所述 的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器的第二輸入端的待整形的超短激光脈沖進(jìn)行電脈 沖整形調(diào)制,由第四單模光纖輸出。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果
1、 該光譜整形方案可以得到光滑無(wú)調(diào)制的整形光譜波形。
2、 該光譜整形方案無(wú)復(fù)雜的光路,激光脈沖主要在光纖中傳輸,調(diào) 節(jié)方便,穩(wěn)定性高。
3、 該光譜整形方案可以非常方便的改變光譜波形,只需改變整形電 脈沖波形。
4、 該光譜整形方案中激光脈沖經(jīng)過(guò)展寬、選取單脈沖,因此可以非 常容易的嵌入到啁啾激光脈沖放大系統(tǒng)中去
圖1為本實(shí)用新型啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為三個(gè)不同調(diào)制深度的整形電脈沖波形。
圖3為對(duì)應(yīng)圖2中三個(gè)不同調(diào)制深度整形電脈沖調(diào)制后的激光脈沖 光譜形狀。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明,但不應(yīng)以此限 制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1,圖1為本實(shí)用新型啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見,本實(shí)用新型啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝 置,由鎖模激光器l、光柵展寬器2、透鏡3、脈沖取樣器5、光纖分束 器6、光纖放大器7、同步光電轉(zhuǎn)換裝置8、整形電脈沖發(fā)生器10和集 成波導(dǎo)電光調(diào)制器11構(gòu)成,其位置關(guān)系是所述的鎖模激光器1輸出的 超短激光脈沖,經(jīng)光柵展寬器2展寬,再經(jīng)透鏡3耦合到第一單模光纖 41的輸入端,該第一單模光纖41的輸出端接脈沖取樣器5的輸入端, 該脈沖取樣器5的輸出端通過(guò)第二單模光纖42接所述的光纖分束器6, 該光纖分束器6的第一輸出端接所述的光纖放大器7的輸入端,該光纖 放大器7的輸出端經(jīng)第五單模光纖45接fjf述的同步光電轉(zhuǎn)換裝置8,該 同步光電轉(zhuǎn)換裝置8的輸出端通過(guò)第一同軸電纜91接所述的整形電脈沖 發(fā)生器10輸入端,該整形電脈沖發(fā)生器10的輸出端通過(guò)第二同軸電纜 92接所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器11第一輸入端;所述的光纖分束器6 第二輸出端經(jīng)第三單模光纖43接所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器11的第二 輸入端,待整形的超短激光脈沖在這里經(jīng)過(guò)整形電脈沖調(diào)制后,由第四 單模光纖44輸出,光譜得到了整形。
所述的啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置進(jìn)行激光脈沖光譜整形的過(guò)
程包括下列步驟 .
① 光柵展寬器2對(duì)由鎖模激光器1輸入的接近,立葉變換限的超短 種子激光脈沖進(jìn)行啁啾展寬,使激光脈沖的頻率間隔和時(shí)間間隔成線性 對(duì)應(yīng)關(guān)系;
② 脈沖取樣器5對(duì)輸入的已啁啾展寬的高重復(fù)頻率激光脈沖序列選 取單脈沖,使展寬后的激光脈沖的重復(fù)頻率降低為1HZ;
③ 所述的光纖分束器6進(jìn)行激光脈沖分束,較弱的光束通過(guò)同步光 電轉(zhuǎn)換裝置8產(chǎn)生同步的觸發(fā)電脈沖,推動(dòng)整形電脈沖發(fā)生器IO產(chǎn)生整 形電脈沖,使之與待整形激光脈沖保持高度同步;
④ 應(yīng)用整形電脈沖發(fā)生器10產(chǎn)生的整形電脈沖輸入所述的集成波 導(dǎo)電光調(diào)制器11,對(duì)由所述的光纖分束器6第二輸出端經(jīng)第三單模光纖 43輸入所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器11的第二輸入端的待整形的超短激 光脈沖進(jìn)行電脈沖整形調(diào)制,由第四單模光纖44輸出。
為了便于理解本實(shí)用新型提出的光譜整形方案,用以下實(shí)施例對(duì)本
方案進(jìn)行描述,并數(shù)值計(jì)算了整形電脈沖波形和整形前后的光譜波形
① 鎖模激光器1輸出220fs的種子激光脈沖,光譜半極大全寬為 7.4nm。
② 經(jīng)過(guò)光柵展寬器2,種子激光脈沖被線性展寬到1.2ns。
③ 通過(guò)透鏡3耦合到單模光纖中。
④ 由取樣器5由集成波導(dǎo)調(diào)制器和1Hz方波脈沖發(fā)生器構(gòu)成,選取 單脈沖,激光脈沖頻率降為lHz。
⑤ 激光脈沖通過(guò)單模光纖導(dǎo)入到光纖分束器6,激光脈沖分為兩束, 較弱的一束經(jīng)過(guò)光纖放大器7進(jìn)行放大,然后去同步光電轉(zhuǎn)換裝置8產(chǎn) 生同步觸發(fā)電脈沖,用該電脈沖去觸發(fā)整形電脈沖發(fā)生器10產(chǎn)生整形電
脈沖o
⑥ 由光纖分束器6輸出的較強(qiáng)的一束激光脈沖,經(jīng)過(guò)第三單模光纖 43進(jìn)行延時(shí),和整形電脈沖同時(shí)被導(dǎo)入到集成波導(dǎo)電光調(diào)制器ll,激光 脈沖經(jīng)過(guò)電光調(diào)制,時(shí)間上被整形,由于線性啁啾激光脈沖頻率間隔和 時(shí)間間隔的線性對(duì)應(yīng),整形后的激光脈沖的光譜波形和時(shí)間波形同樣。
如圖2所示的整形電脈沖電壓波形隨時(shí)間分布。圖3是對(duì)應(yīng)的光譜 形狀,實(shí)線對(duì)應(yīng)激光脈沖未整形時(shí)的光譜。圖3中激光脈沖的光譜經(jīng)過(guò) 整形后,經(jīng)測(cè)試,不但波形由高斯?fàn)钭優(yōu)槠巾數(shù)某咚剐螤睿踔林虚g 可呈現(xiàn)凹陷,而且光譜半極大全寬寬度比整形前加寬了 1 4nm。
權(quán)利要求1、一種啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝置,其特征在于該裝置由鎖模激光器(1)、光柵展寬器(2)、透鏡(3)、脈沖取樣器(5)、光纖分束器(6)、光纖放大器(7)、同步光電轉(zhuǎn)換裝置(8)、整形電脈沖發(fā)生器(10)和集成波導(dǎo)電光調(diào)制器(11)構(gòu)成,其位置關(guān)系是鎖模激光器(1)輸出的超短激光脈沖,經(jīng)光柵展寬器(2)展寬,再經(jīng)透鏡(3)耦合到第一單模光纖(41)的輸入端,該第一單模光纖(41)的輸出端接脈沖取樣器(5)的輸入端,該脈沖取樣器(5)的輸出端通過(guò)第二單模光纖(42)接所述的光纖分束器(6),該光纖分束器(6)的第一輸出端接所述的光纖放大器(7)的輸入端,該光纖放大器(7)的輸出端經(jīng)第五單模光纖(45)接所述的同步光電轉(zhuǎn)換裝置(8),該同步光電轉(zhuǎn)換裝置(8)的輸出端通過(guò)第一同軸電纜(91)接所述的整形電脈沖發(fā)生器(10)輸入端,該整形電脈沖發(fā)生器(10)的輸出端通過(guò)第二同軸電纜(92)接所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器(11)第一輸入端;所述的光纖分束器(6)第二輸出端經(jīng)第三單模光纖(43)接所述的集成波導(dǎo)電光調(diào)制器(11)的第二輸入端,待整形的超短激光脈沖經(jīng)過(guò)整形電脈沖調(diào)制后由第四單模光纖(44)輸出,光譜得到了整形。
專利摘要一種啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝置,由鎖模激光器、光柵展寬器、透鏡、脈沖取樣器、光纖分束器、光纖放大器、同步光電轉(zhuǎn)換裝置、整形電脈沖發(fā)生器和集成波導(dǎo)電光調(diào)制器構(gòu)成,本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對(duì)放大前的啁啾展寬脈沖進(jìn)行光譜預(yù)整形,大大減小了啁啾脈沖放大系統(tǒng)中的增益窄化效應(yīng)。該裝置不需復(fù)雜的光路和機(jī)械裝置,改變光譜形狀非常方便,操作靈活,效率高,容易嵌入到啁啾脈沖多級(jí)放大系統(tǒng)中去。
文檔編號(hào)G02F1/365GK201212935SQ20082015046
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者姜有恩, 李學(xué)春, 林尊琪, 雪 潘, 王江峰, 王艷海, 巖 鮑 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所