【技术实现步骤摘要】
一种基于脉宽压缩技术的超短光脉冲产生系统
[0001]本专利技术属于光电子设备
，特别涉及一种基于脉宽压缩技术的超短光脉冲产生系统。
技术介绍
[0002]光纤激光器一般采用掺杂稀土离子的光纤作为增益介质，在包层或纤芯中传输的泵浦光激发稀土离子并使其能级间形成粒子数反转，随后信号光在线性腔或环形腔中形成振荡产生激光。与传统的固体激光器相比，光纤激光器具有结构简单、光束质量高、可靠性好等优势。锁模光纤激光器产生的超短脉冲具有脉冲宽度窄、峰值功率高、频谱范围宽等特点，在科研、军事、民用领域应用广泛。
[0003]色散和非线性效应引起的啁啾使得光纤激光器一般输出纳秒或皮秒量级的啁啾脉冲，要产生飞秒量级的脉冲需要脉宽压缩。常用的脉宽压缩器件有色散补偿光纤、光子晶体带隙光纤及空间光栅对。由于光纤的色散效应，脉冲在传输过程中不同频率成分的传播速度不同，所以到达时间出现延迟导致脉冲的展宽。即由色散效应引起的线性啁啾是导致脉冲展宽最主要的原因，因此可以利用色散补偿光纤将色散补偿至零达到去啁啾(压缩脉宽)的效果。根据脉冲啁啾的不同，具有正、负色散的光纤都可以充当色散补偿光纤。采用具有相反色散的光纤补偿色散的方法虽然简单，但是当输出脉冲的功率很高时，功率相关的光纤非线性效应使得脉冲发生展宽、变形，严重情况下甚至会发生畸变和分裂等现象。因此这种方法仅适用于低功率脉冲的脉宽压缩。
[0004]光子晶体带隙光纤是用带气孔的微结构化包层区域通过衍射而不是全内反射引导空芯中的光在其中传输的，因此超过98％的模式被限制在空气中...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于脉宽压缩技术的超短光脉冲产生系统，其结构为：种子脉冲源(1)的输出端与脉宽扩展模块(2)的输入端相连，脉宽扩展模块(2)的输出端与能量预放大模块(3)的输入端相连，能量预放大模块(3)的输出端与多通道脉冲分割模块(4)的输入端相连，多通道脉冲分割模块(4)的输出端与色散管理模块(5)的输入端相连，色散管理模块(5)的输出端与能量放大模块(6)的输入端相连，能量放大模块(6)的输出端与脉冲相干叠加模块(7)的输入端相连，脉冲相干叠加模块(7)的输出端与脉宽压缩模块(8)的输入端相连；所述种子脉冲源模块(1)的结构为：第一泵浦源(101)与第一波分复用器(102)的980nm端相连，第一波分复用器(102)的公共端经过第一掺镱光纤(103)与第一隔离器(104)输入端相连，第一隔离器(104)输出端经过色散补偿光纤(105)与第一半波延迟器(106)输入端相连，第一半波延迟器输出端(106)与第一四分之一波延迟器(107)输入端相连，第一四分之一波延迟器(107)的输出端与起偏器(108)相连，起偏器(108)与第二半波延迟器(109)输入端相连，第二半波延迟器(109)的输出端与第三耦合器(115)的输入端相连，第三耦合器(115)的90％直接输出端与第二耦合器(110)的输入端相连，第二耦合器(110)的90％直接输出端与第二波分复用器(111)的(106)0nm端相连，第一波分复用器(111)的980nm端与第二泵浦源(112)相连，第一波分复用器(111)的公共端通过第二掺镱光纤(113)与第一耦合器(114)的90％输出端相连，第一耦合器(114)输入端与第一波分复用器(102)的(106)0nm端相连，第三耦合器(115)的另一输入端与第一光循环器(120)的端口三相连，第一光循环器(120)端口一与第四耦合器(121)输入端相连，第一光循环器(120)的端口二与第三波分复用器(117)公共端相连，第三泵浦源(116)与第三波分复用器(117)的980nm端相连，第三波分复用器(117)的(106)0nm端经第三掺镱光纤(118)与第二光循环器(119)的端口二相连，第二光循环器(119)的端口一与第三光耦合器(115)的10％耦合输出端相连，第二光循环器(119)端口三与第四耦合器(121)的80％直接输出端相连，第四耦合器(121)的另一输入端与第二四分之一波延迟器(122)的输入端相连，第二四分之一波延迟器(122)的输出端与以5turns/m扭转的单模光纤(123)输入端相连，以5turns/m扭转的单模光纤(123)的输出端经过单模光纤(124)与第四耦合器(121)的10％耦合输出端相连，其中第一耦合器(110)的10％耦合输出端与第三光循环器(125)端口一相连，第二耦合器(114)的10％耦合输出端与第三光循环器(125)端口二相连，第三光循环器(125)端口三为种子脉冲源模块的输出；所述脉宽扩展模块(2)具有如下的光路结构，光脉冲经第一反射镜(201)传输至第一光栅(202)上，第一光栅(202)将光脉冲传输至第二反射镜(203)后，反射至第三反射镜(204)，第三反射镜(204)将光脉冲反射回第一光栅(202)，第一光栅(202)输出的脉冲经第一凸透镜(205)传输至第四反射镜(206)后经第一凸透镜(205)反射回第一光栅(202)上，光脉冲经第一光栅(202)传输至第二反射镜(203)，第二反射镜(203)反射光脉冲并经第三反射镜(204)反射后入射至第一光栅(202)，第一光栅(202)输出的光脉冲入射至波罗棱镜(207)并经波罗棱镜(207)反射回第一光栅(202)，光脉冲经第一光栅(202)后按上文所述路线再次经第二反射镜(203)、第三反射镜(204)、第一光栅(202)、第一凸透镜(205)、第四反射镜(206)，多次反射后回到第一光栅(202)上，光脉冲经第一光栅(202)输出；所述能量预放大模块(3)具有如下光路结构，光脉冲入射至第二凸透镜(301)，光脉冲经第二凸透镜(301)、声光调制器(302)、第三凸透镜(303)、第二隔离器(304)、第一半波片(305)后入射至第五反射镜(306)，光脉冲经第五反射镜(306)反射至第六反射镜(307)后入
射至第四凸透镜(308),光脉冲经过第四凸透镜(308)、第一准直器(309)、第四掺镱光纤(310)、第二准直器(311)、第五凸透镜(312)后入射至第七反射镜(313)，第一光电二极管(316)产生的泵浦光经第三准直器(315)、第六凸透镜(314)后，与之前入射到第七反射镜(313)的光脉冲融合；融合后的光脉冲经第七反射镜(313)反射至第八反射镜(317)，第八反射镜(317)将光脉冲反射至第二半波片(318)，光脉冲经第二半波片(318)、第一四分之一波片(319)、带通滤波器(320)、第三半波片(321)后入射至第二光栅(325)；光脉冲经第二光栅(325)传输至第三光栅(326)，第三光栅(326)将光脉冲传输至第九反射镜(327)；第九反射镜(327)将脉冲反射回第三光栅(326)，光脉冲经第三光栅(326)传输至第二光栅(325)；第二光栅(325)输出的光脉冲传输至第十反射镜(322)，并由第十反射镜(322)反射至第四半波片(323)中，最后经过第一偏振分束器(324)输出；所述多通道脉冲分割模块(4)具有如下的光路结构，光脉冲经第五半波片(401)入射到第二偏振分束器(402)的输入端，光脉冲从第二偏振分束器(402)垂直入射方向的输出端经过第二四分之一波片(403)传输至第十一反射镜(404)，第十一反射镜(404)将光脉冲反射回第二四分之一波片(403)，第二四分之一波片(403)再次将光脉冲传输至第二偏振分束器(402)，同时光脉冲从第三偏振分束器(402)另一与入射方向垂直的输出端经过第三四分之一波片(405)传输至第十二反射镜(406)和第一压电驱动器(407)后，光脉冲被第十二反射镜(406)反射回第三四分之一波片(405)，第三四分之一波片(405)再次将光脉冲传输回第二偏振分束器(402)，光脉冲由第二偏振分束器(402)与入射方向平行的端口输出经第六半波片(408)传输至第三偏振分束器(409)，光脉冲从第三偏振分束器(409)的与入射方向垂直的端口经过第四四分之一波片(410)传输至第十三反射镜(411)，第十三反射镜(411)将光脉冲反射回第四四分之一波片(410)，第四四分之一波片(410)再次将光脉冲传输回第三偏振分束器(409)，同时光脉冲从第三偏振分束器(409)另一与入射方向垂直的端口经过第五四分之一波片(412)传输至第十四反射镜(413)和第二压电驱动器(414)后，光脉冲被第十四反射镜(413)反射回第五四分之一波片(412)，第五四分之一波片(412)再次将光脉冲传输至第三偏振分束器(409)，光脉冲由第三偏振分束器(409)与入射方向平行的输出端输出；所述色散管理模块(5)具有如下的光路结构，光脉冲经过第四光栅(501)反射至第一凹面镜(502)，第一凹面镜(502)将光脉冲反射至第十五反射镜(503)，光脉冲经第十五反射镜(503)反射至第一凹面镜(502)后，经第一凹面镜(502)传输至第四光栅(501)，光脉冲经第四光栅(501)后按上文所述路线再次经第一凹面镜(502)、第十五反射镜(503)传输，多次反射后光脉冲回到第四光栅(501)，第四光栅(501)将光脉冲反射至第十六反射镜(504)，光脉冲经第十六反射镜(504)传输至第十七反射镜(505)，经第十七反射镜(505)传输至第十八反射镜(506)，经第十八反射镜(506)传输至第十九反射镜(507)后，光脉冲依次经过七反射镜进行光谱整形：光脉冲依次经过第二十反射镜(508)、第二十一反射镜(509)、第二十二反射镜(510)、第二十三反射镜(511)、第二十四反射镜(512)、第二十五反射镜(513)、第二十六反射镜(514)反射后，光脉冲入射至第二十七反射镜(515)，第二十七反射镜(515)的输出为色散管理模块的输出；所述能量放大模块(6)具有如下的光路结构，光脉冲入射至第一分束器(601)输入端，从第一分束器(601)的输出端传输至第二十八反射镜(602)，光脉冲经第二十八反射镜
(602)反射至第二十九反射镜(603)后，经第二十九反射镜(603)反射至第三十反射镜(604)，第三十反射镜(604)将光脉冲反射至第三十一反射镜(605)，光脉冲经第三十一反射镜(605)反射至第七凸透镜(606)，光脉冲经过第七凸透镜(606)、第八凸透镜(607)、第一双色镜(608)后，经第一双色镜(608)透射输出，光脉冲与经第六十五反射镜(692)反射至第一双色镜(608)后反射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲经第一双色镜(608)传输至第一KTiAsO4晶体(609)，光脉冲经第一KTiAsO4晶体(609)传输至第二双色镜(610)，从第二双色镜(610)反射的短波长光脉冲传输至第三十二反射镜(690)，从第二双色镜(610)透射的长波长光脉冲传输至第三双色镜(611)，经第三双色镜(611)反射的光脉冲传输至第三十三反射镜(691)，从第三双色镜(611)透射的光脉冲入射至第三十四反射镜(612)，光脉冲经第三十四反射镜(612)反射至第三十五反射镜(613)，经第三十五反射镜(613)反射至第九凸透镜(614)，经第九凸透镜(614)传输至第十凸透镜(615)，经过第十凸透镜(615)后入射至第三十六反射镜(616)，光脉冲经第三十六反射镜(616)反射至第三十七反射镜(617)，经第三十七反射镜(617)反射至第三十八反射镜(618)，经第三十八反射镜(618)反射至第三十九反射镜(619)，经第三十九反射镜(619)传输至第四双色镜(620)，经第四双色镜(620)传输至第二KTiAsO4晶体(621)，光脉冲经第二KTiAsO4晶体(621)传输至第五双色镜(622)，从第五双色镜(622)反射的光脉冲传输至第四十反射镜(690)，从第五双色镜(622)透射的光脉冲传输至第六双色镜(623)，经第六双色镜(623)反射的光脉冲传输至第四十一反射镜(691)，从第六双色镜(623)透射输出的光脉冲入射至第十一凸透镜(624)，经第十一凸透镜(624)传输至第十二凸透镜(625)，经第十二凸透镜(625)入射至第五光栅(627)，第五光栅(627)将光脉冲反射至第六光栅(628)上，第六光栅(628)将光脉冲反射至第一屋顶镜(629)上，光脉冲到达第一屋顶镜(629)后按输入路线反射回到第五光栅(627)，第五光栅(627)将光脉冲传输至第四十二反射镜(626)，光脉冲经第四十三反射镜(626)反射至第四十四反射镜(630)后，经第四十四反射镜(630)反射至第四十五反射镜(631)，经第四十五反射镜(631)反射至第四十六反射镜(632)，经第四十八反射镜(632)反射至第四十七反射镜(633)，经第四十七反射镜(633)反射至刀口棱镜(684)，从第一分束器(601)的另一输出端传输至第四十七反射镜(634)，光脉冲经第四十七反射镜(634)反射至第四十八反射镜(635)后，经第四十八反射镜(635)反射至第四十九反射镜(636)，经第四十九反射镜(636)反射至第五十反射镜(637)，经第五十反射镜(637)反射至第五十一反射镜(638)，光脉冲经第五十一反射镜(638)反射至第十三凸透镜(639)，光脉冲经过第十三凸...
【专利技术属性】
技术研发人员：高博，高小童，文红琳，韩颖，吴戈，汝玉星，刘列，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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