一種用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的裝置，包括脈沖激光分束系統(tǒng)、脈沖放大系統(tǒng)、連續(xù)激光分束系統(tǒng)、載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)及平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)，本實(shí)用新型將脈沖激光分束多路，每一路分別放大壓縮獲得多路較高功率超短脈沖，再通過與連續(xù)激光器拍頻和電路混頻，將放大的多路較高功率脈沖激光鎖定在某一路上，實(shí)現(xiàn)多路脈沖激光的載波包絡(luò)相位同步；最后通過平衡光學(xué)互相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多路脈沖激光的相干合成，實(shí)現(xiàn)多路脈沖堆積放大，輸出超高功率的超短脈沖。
【專利說明】
一種用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及超快光學(xué)及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的裝置。【背景技術(shù)】
[0002]高功率超短脈沖激光源在工業(yè)制造和科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用，它常被用于物質(zhì)檢測(cè)和天文觀測(cè)的等科學(xué)領(lǐng)域，工業(yè)生產(chǎn)也常用其進(jìn)行加工制造。現(xiàn)有技術(shù)常見的各類激光器，高功率光纖脈沖激光器它具有脈沖寬度窄，重復(fù)頻率高、平均功率高，單脈沖能量高等諸多優(yōu)點(diǎn)。特別地，光纖鎖模脈沖激光源和光纖放大器獲得的超短脈沖激光更是具備體積小、放大增益高、光譜范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此， 怎樣獲得高質(zhì)量的超短脈沖激光成為科學(xué)研究的熱門方向之一。
[0003]存在的問題是，光纖鎖模激光器常見波段有1030nm、1064nm、1550nm和1310nm等， 常見方法是將光纖鎖模激光器的脈沖激光依次通過級(jí)聯(lián)式的多級(jí)啁嗽脈沖光纖放大器來獲得高功率超短脈沖。該種方法中脈沖激光要依次通過多級(jí)的放大器和增益光纖，引入較多的非線性啁嗽，即使引入多路的啁嗽管理模塊也很難將脈沖寬度壓縮至l〇〇fs以下，同時(shí)高功率放大器也受到增益帶寬的限制，超短脈沖放大后光譜存在窄化。近幾年提出的自相似放大技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)譜展寬和脈沖壓縮獲得幾十飛秒的高功率超短脈沖，但是該方法受限于光纖放大器中模式不穩(wěn)定和熱效應(yīng)等因素，同樣無法獲得超過100W的高功率超短脈沖。
[0004]受上述問題的限制，穩(wěn)定的高功率超短脈沖激光源很難獲得，各國(guó)學(xué)者們致力于研發(fā)出高性能的增益光纖來降低模式不穩(wěn)定性和熱效應(yīng)以期獲得更高的功率和更窄的脈沖，目前成果并不理想。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于多路同步相干脈沖實(shí)現(xiàn)超短激光脈沖堆積放大的方法與裝置，本實(shí)用新型將脈沖激光分束多路，每一路分別放大壓縮獲得多路較高功率超短脈沖，再通過與連續(xù)激光器拍頻和電路混頻，將放大的多路較高功率脈沖激光鎖定在某一路上，實(shí)現(xiàn)多路脈沖激光的載波包絡(luò)相位同步;最后通過平衡光學(xué)互相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多路脈沖激光的相干合成，實(shí)現(xiàn)多路脈沖堆積放大，輸出超高功率的超短脈沖。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的具體技術(shù)方案是:
[0007]—種用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的裝置，其特點(diǎn)包括脈沖激光分束系統(tǒng)、脈沖放大系統(tǒng)、連續(xù)激光分束系統(tǒng)、載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)及平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)；
[0008]所述脈沖激光分束系統(tǒng)由第一激光器、預(yù)放大器及脈沖激光分束模塊組成;所述脈沖放大系統(tǒng)由放大器模塊及壓縮器模塊組成;所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)由第二激光器、預(yù)放大器及連續(xù)激光分束模塊組成;所述載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)由光路拍頻模塊和電路控制模塊組成;所述平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)由脈沖激光合束模塊，平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊及光學(xué)延時(shí)控制模塊組成；
[0009]所述脈沖激光分束系統(tǒng)輸出N路脈沖激光，(N為自然數(shù))經(jīng)過脈沖放大系統(tǒng)放大壓縮后輸出N路較高功率超短脈沖激光;所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)輸出N路獨(dú)立的連續(xù)激光;所述脈沖放大網(wǎng)絡(luò)輸出的N路較高功率超短脈沖激光與激光分束系統(tǒng)輸出的N路獨(dú)立的連續(xù)激光一起輸入載波包絡(luò)相位同步控制系統(tǒng)，經(jīng)拍頻、反饋控制鎖定后輸出N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光;所述N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光輸入到平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)，經(jīng)合束、平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)以及反饋光路延時(shí)控制生成脈沖堆積放大的高功率超短脈沖激光輸出。
[0010]所述脈沖激光分束系統(tǒng)中的，第一激光器選用摻鐿光纖鎖模激光器或摻餌光纖鎖模激光器;脈沖激光分束模塊選用光纖分束模塊或空間分束模塊。
[0011]所述脈沖放大系統(tǒng)中的放大器模塊選用N個(gè)摻鐿光纖啁嗽脈沖放大器、N個(gè)摻餌光纖啁嗽脈沖放大器、N個(gè)脈沖預(yù)啁嗽管理的自相似放大器、N個(gè)光學(xué)參量放大器或N個(gè)多倍頻的非線性放大器;壓縮器模塊選用N個(gè)光柵壓縮器、N個(gè)色散補(bǔ)償光纖壓縮器、N個(gè)棱鏡壓縮器或N個(gè)棱柵壓縮器。[〇〇12] 所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)中的第二激光器選用1030nm窄線寬連續(xù)激光器或1550nm 窄線寬連續(xù)激光器;激光分束模塊選用光纖分束模塊或空間分束模塊。
[0013]所述的載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)的光路拍頻模塊由N個(gè)聲光移頻器、N個(gè)合束鏡及N 個(gè)光電探測(cè)模塊組成；電路控制模塊由N個(gè)第一電路濾波模塊、N個(gè)第一電路放大模塊、N-1 個(gè)電路混頻模塊、N-1個(gè)第二電路濾波模塊及N-1個(gè)第二電路放大模塊組成。
[0014]所述的平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)中的脈沖激光合束模塊由N-1個(gè)反射鏡、2N-2個(gè)二分之一波片、N-1個(gè)偏振合束器組成;平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊由N-1個(gè)1:1分束鏡、2N-2二分之一波片及2N-2個(gè)光電探測(cè)模塊組成;光學(xué)延時(shí)控制模塊由N-1個(gè)電路處理模塊、N-1個(gè)光學(xué)延時(shí)驅(qū)動(dòng)模塊及N-1個(gè)光學(xué)延時(shí)模塊組成。
[0015]本實(shí)用新型將脈沖激光分束多路，每一路分別放大壓縮獲得多路較高功率超短脈沖，再通過與連續(xù)激光器拍頻和電路混頻，將放大的多路較高功率脈沖激光鎖定在某一路上，實(shí)現(xiàn)多路脈沖激光的載波包絡(luò)相位同步;最后通過平衡光學(xué)互相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多路脈沖激光的相干合成，實(shí)現(xiàn)多路脈沖堆積放大，輸出高功率的超短脈沖?！靖綀D說明】[〇〇16]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；[0〇17]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的使用狀態(tài)示意圖:
[0019]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2的使用狀態(tài)示意圖:
[0020]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例3的使用狀態(tài)示意圖:[0021 ]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例4的使用狀態(tài)示意圖:
[0022]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例5的使用狀態(tài)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0023]參閱圖1、圖2,本實(shí)用新型包括脈沖激光分束系統(tǒng)00、脈沖放大系統(tǒng)10、連續(xù)激光分束系統(tǒng)20、載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30及平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40;[〇〇24]所述脈沖激光分束系統(tǒng)00由第一激光器01、預(yù)放大器02及脈沖激光分束模塊03組成;所述脈沖放大系統(tǒng)10由放大器模塊11及壓縮器模塊12組成;所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)20 由第二激光器21、預(yù)放大器22及連續(xù)激光分束模塊23組成;所述載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30 由光路拍頻模塊31和電路控制模塊32組成;所述平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40由脈沖激光合束模塊41，平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊42及光學(xué)延時(shí)控制模塊43組成；
[0025]所述脈沖激光分束系統(tǒng)00輸出N路脈沖激光，(N為自然數(shù))經(jīng)過脈沖放大系統(tǒng)10放大壓縮后輸出N路較高功率超短脈沖激光;所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)20輸出N路獨(dú)立的連續(xù)激光;所述脈沖放大系統(tǒng)10輸出的N路較高功率超短脈沖激光與連續(xù)激光分束系統(tǒng)20輸出的N 路獨(dú)立的連續(xù)激光一起輸入載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30,經(jīng)拍頻、反饋控制鎖定后輸出N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光;所述N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光輸入到平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40,經(jīng)合束、平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)以及反饋光學(xué)延時(shí)控制生成脈沖堆積放大的高功率超短脈沖激光。[〇〇26]采用本裝置用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的步驟如下:[〇〇27]生成N路較高功率超短脈沖激光[〇〇28]脈沖激光分束系統(tǒng)00由第一激光器01發(fā)射的脈沖激光束經(jīng)過預(yù)放大器02后由脈沖激光分束模塊03將激光束分成功率相近的N路，輸出獨(dú)立的N路脈沖激光；
[0029]所述脈沖放大系統(tǒng)10將脈沖激光分束系統(tǒng)00的N路脈沖激光依次通過放大器模塊 11和壓縮器模塊12,并生成N路較高功率超短脈沖激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;
[0030]生成N路獨(dú)立的連續(xù)激光[〇〇31]所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)20由第二激光器21發(fā)射的激光束經(jīng)過預(yù)放大器22放大，再由連續(xù)激光分束模塊23分成功率相近的N路，并輸出N路獨(dú)立的連續(xù)激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;
[0032]生成N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光[〇〇33]所述載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30是將脈沖放大系統(tǒng)10和連續(xù)激光分束系統(tǒng)20—起輸入的N路脈沖激光和N路獨(dú)立的連續(xù)激光經(jīng)光路拍頻模塊31進(jìn)行拍頻，再將N路拍頻信號(hào)通過電路控制模塊32反饋控制鎖定，并輸出N路載波包絡(luò)相位同步的較高功率超短脈沖激光；
[0034]生成脈沖堆積放大的高功率超短脈沖激光[〇〇35]所述平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40是將載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30的N路載波包絡(luò)相位同步的較高功率超短脈沖激光輸入脈沖激光合束模塊41合束，通過平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊42探測(cè)脈沖抖動(dòng)，產(chǎn)生的脈沖抖動(dòng)信號(hào)輸至光學(xué)延時(shí)控制模塊43,最終輸出脈沖堆積放大的高功率超短脈沖激光。
[0036]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明如下:[〇〇37]實(shí)施例1[〇〇38]參閱圖1、圖2、圖3,本實(shí)施例脈沖激光分束系統(tǒng)00中的第一激光器01選用摻鐿光纖鎖模激光器011，脈沖激光分束模塊03選用光纖分束模塊031，放大器模塊11選用三個(gè)摻鐿光纖啁嗽脈沖放大器111，壓縮器模塊12選用三個(gè)光柵壓縮器121;連續(xù)激光分束系統(tǒng)20中的第二激光器21選用1030nm窄線寬連續(xù)激光器211，激光分束模塊23選用光纖分束模塊 231；[〇〇39] 通過摻鐿光纖鎖模激光器011、摻鐿光纖啁嗽脈沖放大器111和1030nm窄線寬連續(xù)激光器211的組合設(shè)置，實(shí)現(xiàn)三路的脈沖堆積放大，輸出1030nm波段高功率超短脈沖激光。
[0040]具體工作過程如下:
[0041]脈沖激光分束系統(tǒng)00由摻鐿光纖鎖模激光器011發(fā)射的脈沖激光束經(jīng)過預(yù)放大器 02后由光纖分束模塊031將激光束分成功率相近的三路，輸出獨(dú)立的三路脈沖激光；
[0042]脈沖放大系統(tǒng)10將脈沖激光分束系統(tǒng)00的每路脈沖激光依次通過摻鐿光纖啁嗽脈沖放大器111和壓縮器模塊121，并生成三路較高功率超短脈沖激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇43] 連續(xù)激光分束系統(tǒng)20將1030nm窄線寬連續(xù)激光器211發(fā)射的激光束經(jīng)過預(yù)放大器 22放大，再由光纖分束模塊231分成功率相近的三路，并輸出三路獨(dú)立的連續(xù)激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇44]載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30中，脈沖放大系統(tǒng)10輸入的三路激光分別經(jīng)過三個(gè)聲光移頻器311分為三路零級(jí)脈沖激光和三路一級(jí)脈沖激光，三路零級(jí)脈沖激光與連續(xù)激光分束系統(tǒng)20輸入的三路獨(dú)立的連續(xù)激光，分別經(jīng)過三個(gè)合束鏡312合束到三個(gè)光電探測(cè)模塊 312上，生成三路拍頻信號(hào)，每路拍頻信號(hào)依次經(jīng)過第一電路濾波模塊321和第一電路放大模塊322,獲得三路放大的拍頻信號(hào)，選擇某一路拍頻信號(hào)作為參考拍頻信號(hào)，直接反饋到該路中的聲光移頻器311，鎖定該路的載波包絡(luò)相位，其余兩路放大的拍頻信號(hào)分別與參考拍頻信號(hào)輸入到兩個(gè)電路混頻模塊，生成兩路混頻信號(hào)，每路混頻信號(hào)依次經(jīng)過第二電路濾波器324和第二電路放大器325,生成兩路放大的混頻信號(hào)，每路混頻信號(hào)分別反饋相應(yīng)路的聲光移頻器311，將相應(yīng)路的脈沖激光的載波包絡(luò)相位與參考路載波包絡(luò)相位進(jìn)行同步，最后輸出的一級(jí)光是載波包絡(luò)相位同步的三路脈沖激光；[〇〇45]平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40是將載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30的三路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光分為一路參考脈沖激光和兩路待合成脈沖激光，參考脈沖激光經(jīng)過依次二分之一波片412分別與每路依次經(jīng)過反射鏡411、二分之一波片412的待合成脈沖激光在偏振合束器413上合束，輸出兩路兩束脈沖激光合成的脈沖激光和一路三束脈沖激光合成的脈沖，每路兩束脈沖激光合成的脈沖激光經(jīng)過分束鏡421分為兩對(duì)脈沖激光， 每對(duì)脈沖激光分別依次通過二分之一波片422和光電探測(cè)模塊423,生成兩對(duì)脈沖的電學(xué)信號(hào)，每對(duì)電學(xué)信號(hào)分別輸入電路處理模塊431，生成兩路兩束合成脈沖的時(shí)域抖動(dòng)電學(xué)信號(hào)，每路電學(xué)信號(hào)輸入光學(xué)延時(shí)驅(qū)動(dòng)模塊432,生成兩路光學(xué)延時(shí)模塊驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)光學(xué)延時(shí)模塊433，控制每路脈沖激光的合成，實(shí)現(xiàn)三路脈沖的堆積放大，最后輸出脈沖堆積放大的1030nm高功率超短脈沖激光。
[0046] 實(shí)施例2[〇〇47]參閱圖1、圖2、圖4,本實(shí)施例脈沖激光分束系統(tǒng)00中的第一激光器01選用摻餌光纖鎖模激光器〇12,脈沖激光分束模塊03選用空間分束模塊032,放大器模塊11選用四個(gè)摻餌光纖啁嗽脈沖放大器112,壓縮器模塊12選用四個(gè)色散補(bǔ)償光纖壓縮器122;[〇〇48] 連續(xù)激光分束系統(tǒng)20中的第二激光器21選用1550nm窄線寬連續(xù)激光器212,激光分束模塊23選用空間分束模塊232;
[0049]通過摻餌光纖鎖模激光器012、摻餌光纖啁嗽脈沖放大器112和1550nm窄線寬連續(xù)激光器212的組合設(shè)置，實(shí)現(xiàn)四路的脈沖堆積放大，輸出1550nm波段高功率超短脈沖激光。
[0050]具體工作過程如下:
[0051]脈沖激光分束系統(tǒng)00由摻餌光纖鎖模激光器012發(fā)射的脈沖激光束經(jīng)過預(yù)放大器 02后由空間分束模塊032將激光束分成功率相近的四路，輸出獨(dú)立的四路脈沖激光；
[0052]脈沖放大系統(tǒng)10將脈沖激光分束系統(tǒng)00的每路脈沖激光依次通過摻餌光纖啁嗽脈沖放大器112和色散補(bǔ)償光纖壓縮器122,并生成三路較高功率超短脈沖激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇53] 連續(xù)激光分束系統(tǒng)20由1550nm窄線寬連續(xù)激光器212發(fā)射的激光束經(jīng)過預(yù)放大器 22放大，再由空間分束模塊232分成功率相近的四路，并輸出四路獨(dú)立的連續(xù)激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇54]載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30中，脈沖放大系統(tǒng)10輸入的四路激光分別經(jīng)過四個(gè)聲光移頻器311分為四路零級(jí)脈沖激光和四路一級(jí)脈沖激光，四路零級(jí)脈沖激光與連續(xù)激光分束系統(tǒng)20輸入的四路獨(dú)立的連續(xù)激光，分別經(jīng)過四個(gè)合束鏡312合束到四個(gè)光電探測(cè)模塊 312上，生成四路拍頻信號(hào)，每路拍頻信號(hào)依次經(jīng)過第一電路濾波模塊321和第一電路放大模塊322,獲得四路放大的拍頻信號(hào)，選擇某一路拍頻信號(hào)作為參考拍頻信號(hào)，直接反饋到該路中的聲光移頻器311，鎖定該路的載波包絡(luò)相位，其余三路放大的拍頻信號(hào)分別與參考拍頻信號(hào)輸入到三個(gè)電路混頻模塊，生成三路混頻信號(hào)，每路混頻信號(hào)依次經(jīng)過第二電路濾波器324和第二電路放大器325,生成三路放大的混頻信號(hào)，每路混頻信號(hào)分別反饋相應(yīng)路的聲光移頻器311，將相應(yīng)路的脈沖激光的載波包絡(luò)相位與參考路載波包絡(luò)相位進(jìn)行同步，最后輸出的三路一級(jí)光是載波包絡(luò)相位同步的三路脈沖激光；
[0055]平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40是將載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30的四路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光分為一路參考脈沖激光和三路待合成脈沖激光，參考脈沖激光經(jīng)過依次二分之一波片412分別與每路依次經(jīng)過反射鏡411、二分之一波片412待合成脈沖激光在偏振合束器413上合束，輸出三路兩束脈沖激光合成的脈沖激光和一路四束脈沖激光合成的脈沖，每路兩束脈沖激光合成的脈沖激光經(jīng)過分束鏡421分為三對(duì)脈沖激光，每對(duì)脈沖激光分別依次通過二分之一波片422和光電探測(cè)模塊423,生成三對(duì)脈沖的電學(xué)信號(hào)，每對(duì)電學(xué)信號(hào)分別輸入電路處理模塊431，生成三路兩束合成脈沖的時(shí)域抖動(dòng)電學(xué)信號(hào)，每路電學(xué)信號(hào)輸入光學(xué)延時(shí)驅(qū)動(dòng)模塊432,生成三路光學(xué)延時(shí)模塊驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)光學(xué)延時(shí)模塊433,控制每路脈沖激光的合成，實(shí)現(xiàn)四路脈沖的堆積放大，最后輸出脈沖堆積放大的1550nm高功率超短脈沖激光。
[0056]實(shí)施例3[〇〇57]參閱圖1、圖2、圖5,本實(shí)施例脈沖放大系統(tǒng)10由放大器模塊11及壓縮器模塊12組成，放大器模塊11選用三個(gè)脈沖預(yù)啁嗽管理的自相似放大器113，壓縮器模塊12選用三個(gè)棱鏡壓縮器123;[〇〇58]通過脈沖預(yù)啁嗽管理的自相似放大器113的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)三路寬光譜較高功率的近紅外脈沖激光，以便于依次經(jīng)過載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30和平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40輸出寬光譜高功率近紅外超短脈沖激光。[〇〇59] 具體工作過程如下:
[0060]脈沖激光分束系統(tǒng)00由第一激光器01發(fā)射的脈沖激光束經(jīng)過預(yù)放大器02后由脈沖激光分束模塊03將激光束分成功率相近的三路，輸出獨(dú)立的三路脈沖激光；
[0061]脈沖放大系統(tǒng)10將脈沖激光分束系統(tǒng)00的每路脈沖激光依次通過脈沖預(yù)啁嗽管理的自相似放大器113和棱鏡壓縮器123,并生成三路寬光譜較高功率超短脈沖激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇62]連續(xù)激光分束系統(tǒng)20由第二激光器21發(fā)射的激光束經(jīng)過預(yù)放大器22放大，再由連續(xù)激光分束模塊23分成功率相近的三路，并輸出三路獨(dú)立的連續(xù)激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇63]載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30將脈沖放大系統(tǒng)10和連續(xù)激光分束系統(tǒng)20—起輸入的N 路寬光譜脈沖激光和N路獨(dú)立的連續(xù)激光經(jīng)光路拍頻模塊31進(jìn)行拍頻，再將N路拍頻信號(hào)通過電路控制模塊32反饋控制鎖定，并輸出N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光；[〇〇64]平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40將載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30的N路載波包絡(luò)相位同步的寬光譜超短脈沖激光，由脈沖激光合束模塊41合束，通過平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊42探測(cè)脈沖抖動(dòng)，產(chǎn)生的脈沖抖動(dòng)信號(hào)輸至光學(xué)延時(shí)控制模塊43實(shí)現(xiàn)脈沖堆積放大， 最終輸出寬光譜近紅外高功率超短脈沖激光。
[0065] 實(shí)施例4[〇〇66]參閱圖1、圖2、圖6,本實(shí)施例脈沖放大系統(tǒng)10由放大器模塊11及壓縮器模塊12組成，放大器模塊11選用三個(gè)光學(xué)參量放大器114，壓縮器模塊12選用三個(gè)棱柵壓縮器124; [〇〇67]通過光學(xué)參量放大器114的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)三路寬光譜的中紅外脈沖激光，以便于依次經(jīng)過載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30和平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40輸出寬光譜中紅外高功率超短脈沖激光。[〇〇68]具體工作過程如下:[〇〇69] 脈沖激光分束系統(tǒng)00由第一激光器01發(fā)射的脈沖激光束經(jīng)過預(yù)放大器02后由脈沖激光分束模塊03將激光束分成功率相近的三路，輸出獨(dú)立的三路脈沖激光；
[0070]脈沖放大系統(tǒng)10將脈沖激光分束系統(tǒng)00的每路脈沖激光依次通過光學(xué)參量放大器114和棱柵壓縮器124,并生成三路寬光譜中紅外較高功率超短脈沖激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;
[0071]連續(xù)激光分束系統(tǒng)20由第二激光器21發(fā)射的激光束經(jīng)過預(yù)放大器22放大，再由連續(xù)激光分束模塊23分成功率相近的三路，并輸出三路獨(dú)立的連續(xù)激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇72]載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30將脈沖放大系統(tǒng)10和連續(xù)激光分束系統(tǒng)20—起輸入的N 路寬光譜脈沖激光和N路獨(dú)立的連續(xù)激光經(jīng)光路拍頻模塊31進(jìn)行拍頻，再將N路拍頻信號(hào)通過電路控制模塊32反饋控制鎖定，并輸出N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光；
[0073]平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)4將載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30的N路載波包絡(luò)相位同步的寬光譜超短脈沖激光，由脈沖激光合束模塊41合束，通過平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊42探測(cè)脈沖抖動(dòng)，產(chǎn)生的脈沖抖動(dòng)信號(hào)輸至光學(xué)延時(shí)控制模塊43實(shí)現(xiàn)脈沖堆積放大， 最終輸出中紅外高功率超短脈沖激光。
[0074]實(shí)施例5[〇〇75]參閱圖1、圖2、圖7,本實(shí)施例脈沖放大系統(tǒng)10由放大器模塊11及壓縮器模塊12組成，放大器模塊11選用三個(gè)多倍頻的非線性放大器115,壓縮器模塊12選用三個(gè)棱柵壓縮器 124；
[0076]通過頻率倍頻的非線性放大器115的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)三路光譜可調(diào)諧的紫外脈沖激光，以便于依次經(jīng)過載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30和平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40輸出寬光譜可調(diào)諧紫外高功率超短脈沖激光。[〇〇77] 具體工作過程如下:[〇〇78]脈沖激光分束系統(tǒng)00由第一激光器01發(fā)射的脈沖激光束經(jīng)過預(yù)放大器02后由脈沖激光分束模塊03將激光束分成功率相近的三路，輸出獨(dú)立的三路脈沖激光；
[0079]脈沖放大系統(tǒng)10將脈沖激光分束系統(tǒng)00的每路脈沖激光依次通過光學(xué)參量放大器115和棱柵壓縮器124,并生成三路寬光譜中紅外較高功率超短脈沖激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇8〇]連續(xù)激光分束系統(tǒng)20由第二激光器21發(fā)射的激光束經(jīng)過預(yù)放大器22放大，再由連續(xù)激光分束模塊23分成功率相近的三路，并輸出三路獨(dú)立的連續(xù)激光至載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30;[〇〇811載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30將脈沖放大系統(tǒng)10和連續(xù)激光分束系統(tǒng)20—起輸入的N 路寬光譜脈沖激光和N路獨(dú)立的連續(xù)激光經(jīng)光路拍頻模塊31進(jìn)行拍頻，再將N路拍頻信號(hào)通過電路控制模塊32反饋控制鎖定，并輸出N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光；[〇〇82]平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)40將載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)30的N路載波包絡(luò)相位同步的寬光譜超短脈沖激光，由脈沖激光合束模塊41合束，通過平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊42探測(cè)脈沖抖動(dòng)，產(chǎn)生的脈沖抖動(dòng)信號(hào)輸至光學(xué)延時(shí)控制模塊43實(shí)現(xiàn)脈沖堆積放大， 最終輸出光譜可調(diào)諧紫外高功率超短脈沖激光。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用脈沖堆積放大實(shí)現(xiàn)高功率超短脈沖激光的裝置，其特征在于它包括脈沖激光 分束系統(tǒng)(〇〇)、脈沖放大系統(tǒng)(10)、連續(xù)激光分束系統(tǒng)(20)、載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)(30)及 平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)(40);所述脈沖激光分束系統(tǒng)(〇〇)由第一激光器(01)、預(yù)放大器(02)及脈沖激光分束模塊 (03)組成;所述脈沖放大系統(tǒng)(10)由放大器模塊(11)及壓縮器模塊(12)組成;所述連續(xù)激 光分束系統(tǒng)(20)由第二激光器(21)、預(yù)放大器(22)及連續(xù)激光分束模塊(23)組成;所述載 波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)(30)由光路拍頻模塊(31)和電路控制模塊(32)組成;所述平衡光學(xué)互 相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)(40)由脈沖激光合束模塊(41)，平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊(42)及光 學(xué)延時(shí)控制模塊(43)組成；所述脈沖激光分束系統(tǒng)(〇〇 )輸出N路脈沖激光，(N為自然數(shù))經(jīng)過脈沖放大系統(tǒng)(10)放 大壓縮后輸出N路較高功率超短脈沖激光;所述連續(xù)激光分束系統(tǒng)(20)輸出N路獨(dú)立的連續(xù) 激光;所述脈沖放大系統(tǒng)(10)輸出的N路較高功率超短脈沖激光與連續(xù)激光分束系統(tǒng)(20) 輸出的N路獨(dú)立的連續(xù)激光一起輸入載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)(30)，經(jīng)拍頻、反饋控制鎖定后 輸出N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光;所述N路載波包絡(luò)相位同步的超短脈沖激光 輸入到平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)(40)，經(jīng)合束、平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)以及反饋光 學(xué)延時(shí)控制生成脈沖堆積放大的高功率超短脈沖激光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于脈沖激光分束系統(tǒng)(00)中的第一激光器 (01)選用摻鐿光纖鎖模激光器(011)或摻餌光纖鎖模激光器(012);脈沖激光分束模塊(03) 選用光纖分束模塊(031)或空間分束模塊(032)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于脈沖放大系統(tǒng)(10)中的放大器模塊(11)選 用N個(gè)摻鐿光纖啁嗽脈沖放大器(111)、N個(gè)摻餌光纖啁嗽脈沖放大器(112)、N個(gè)脈沖預(yù)啁嗽 管理的自相似放大器(113)、N個(gè)光學(xué)參量放大器(114)或N個(gè)多倍頻的非線性放大器(115); 壓縮器模塊(12)選用N個(gè)光柵壓縮器(121)、N個(gè)色散補(bǔ)償光纖壓縮器(122)、N個(gè)棱鏡壓縮器 (123)或N個(gè)棱柵壓縮器(124)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于連續(xù)激光分束系統(tǒng)(20)中的第二激光器 (21)選用1030nm窄線寬連續(xù)激光器(211)或1550nm窄線寬連續(xù)激光器(212);激光分束模塊 (23)選用光纖分束模塊(231)或空間分束模塊(232)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于載波包絡(luò)相位同步系統(tǒng)(30)的光路拍頻模 塊(31)由N個(gè)聲光移頻器(311 )、N個(gè)合束鏡(312 )及N個(gè)光電探測(cè)模塊(313 )組成；電路控制 模塊(32 )由N個(gè)第一電路濾波模塊(321)、N個(gè)第一電路放大模塊(322 )、N-1個(gè)電路混頻模塊 (323)、N-1個(gè)第二電路濾波模塊(324)及N-1個(gè)第二電路放大模塊(325)組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于平衡光學(xué)互相關(guān)脈沖堆積放大系統(tǒng)(40)中 的脈沖激光合束模塊(41)由N-1個(gè)反射鏡(411)、2N-2個(gè)二分之一波片(412)、N-1個(gè)偏振合 束器(413)組成;平衡光學(xué)互相關(guān)探測(cè)模塊(42)由N-1個(gè)1:1分束鏡(421)、2N-2二分之一波 片(422)及2N-2個(gè)光電探測(cè)模塊(423)組成;光學(xué)延時(shí)控制模塊(43)由N-1個(gè)電路處理模塊 (431 )、N-1個(gè)光學(xué)延時(shí)驅(qū)動(dòng)模塊(432)及N-1個(gè)光學(xué)延時(shí)模塊組成(433)。
【文檔編號(hào)】H01S3/11GK205646428SQ201620431237
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】曾和平, 羅大平
【申請(qǐng)人】上海朗研光電科技有限公司