[发明专利]一种相位噪声补偿式放大系统

说明书

【技术领域】

本发明属于超快强场激光技术领域，尤其是降噪声放大系统。

【背景技术】

高功率光纤光梳在高次谐波产生、精密光谱测量、微纳尺度物质加工等领域有着广泛的应用。随着双包层光纤制作工艺和高亮度半导体激光抽运技术的发展，脉冲激光输出平均功率已达到近千瓦，促进了高功率光纤光学频率梳的发展。目前实现高功率光纤光梳载波包络相位稳定的方法主要有两种：相位伺服锁相环技术和差频产生方法。相位伺服锁相环技术易受到反馈带宽限制，反馈过程中对泵浦调制往往导致功率不稳定，破坏振荡源的锁模状态，影响高功率光梳系统稳定运行。差频产生方法的载波包络偏移信号会受到大量1/f噪声和其它低频噪声的影响，限制了锁定的精度。

掺镱光纤光梳在放大过程中易受到高阶非线性效应和高阶色散对脉冲时空特性的负面影响，在脉冲强度增强过程中，高阶非线性效应和高阶色散效应会破坏脉冲的空间和时间分布特性，致使脉冲形状发生严重的畸变和分裂。再则，放大过程中自发辐射效应不仅降低了放大系统对泵浦能量的利用效率，同时还会对脉冲引入附加相位噪声和寄生光谱成分，进而严重影响放大器的放大效果。

综上所述，虽然目前已有多种实现高功率脉冲放大的系统和设备，但都存在着各种缺陷与不足。

【发明内容】

为了解决现有技术中的不足，提供一种有效抑制高功率放大过程中热效应、非线性积分、泵浦光强度抖动、拉曼散射和自发放大辐射等效应引入的相位噪声的放大系统。

本发明所采用的技术方案为：

一种相位噪声补偿式放大系统，包括有输出种子光源的振荡器，在所述的振荡器输出端设有将种子光源处理后输出零级光和壹级光的声光频移器，在所述的声光频移器壹级光的输出端设有展宽器，在所述的展宽器输出端设有级联放大器，在所述的级联放大器输出端设有压缩器，在所述的压缩器输出端设有一号分束片，所述一号分束片的反射光与补偿放大系统连通，所述补偿放大系统与声光频移器连接并为声光频移器提供控制信号。

该系统采用前向反馈相位噪声补偿技术，所述的前向反馈相位噪声补偿技术是指利用声光频移器(AOFS)的相位噪声补偿功能抑制高功率放大过程中引入的相位噪声。具体是指，未经锁定的激光振荡器输出光经过一个调制驱动频率为f_D的声光频移器（AOFS），该频移器的输出端将会出现零级和壹级两路输出光。其中，零级光未得到频移器（AOFS）的移频，依然保持原有频率特性；另一路壹级输出光的情况则有所不同，根据声光晶体移频原理，该频移器的壹级衍射光将会获得频移量-f_D。如果此时将频移器的驱动频率置为激光器的载波零频，即f_D=f₀，则壹级输出光将会得到-f₀的频移，此频移就将抵消入射光含有的f₀以及伴随f₀的相位噪声，所以声光频移器（AOFS）的壹级输出即为精确的光梳。

所述的补偿放大系统包括有与一号分束片反射光连通的自参考探测系统，在所述自参考探测系统输出端设有电路滤波放大器，所述的电路滤波放大器输出端与声光频移器连接并为声光频移器提供控制信号。

所述的自参考零频探测技术是指利用激光脉冲的高频成分(2m·fr+f0)与低频成分的倍频2（m·fr+f0）进行拍频，其中m为激光器的纵模个数，为正整数，f0为载波包络相位零频，fr为脉冲的重复频率。拍频信号的低频成分fB=2(m·fr+f0)-(2m·fr+f0)=f0,正是激光载波包络相位零频。其中，采用自参考零频探测技术对放大压缩后的脉冲进行载波包络相位（CEP）零频信号f0的探测，并将该信号反馈给声光频移器声光频移器（AOFS）。

所述的补偿放大系统包括有与一号分束片反射光连通和与声光频移器输出的零级光连通的拍频系统，在所述的拍频系统输出端设有滤波放大器，所述滤波放大器输出端与声光频移器连接并为声光频移器提供控制信号。