[发明专利]具有增大的峰值功率的光学脉冲源

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生具有高平均功率或高峰值功率的激光脉冲的方法和系统，并且尤其适用于时间域光谱学，例如泵浦探测或太赫兹测量，其中采用携带脉冲串的多个光束，或其中可提供平均功率和/或脉冲能量而没有不希望的非线性效应。

背景技术

在工业和科学应用中脉冲激光源的使用已有增长。具体地说，超短激光技术的应用在过去的几年中已在度量衡学、成像和材料加工应用中有增长。基于光纤的超短系统目前已广为接受地用于多种应用，并且尤其非常适于在低-中脉冲能量的高重复率应用。不过，在无源(被动)或增益光纤中，因为由非线性效应引起的脉冲失真和信号移出增益光谱，例如拉曼频移，约束了放大脉冲的峰值功率。啁啾脉冲放大经常用于大大地扩展光纤系统的容量(能力)。脉冲在时间上被扩展，从而降低峰值功率，随后被放大和再压缩。在脉冲能量增大时所述约束也适用于其它光学介质，例如Nd:基体光学放大器。

下述专利、公开的专利申请和出版物至少部分涉及光纤激光器和放大器、超短激光材料加工、光学测量技术、和/或用于产生激光脉冲的群的各种结构(装置)：美国专利6,339,602；美国专利6,664,498；美国专利6,954,575；美国专利7,088,878；美国专利7,580,432；美国专利申请公开号2002/0167581；美国专利申请公开号2003/0151053；美国专利申请公开号2005/0218122；美国专利申请公开号2010/0272137；WIPO公开号2009146671；Strickland andG.Mourou,Opt.Commun.56,219(1985).,H.Hofer et al.,Opt.Lett.23,1840（1998）；M.E.Fermannetal.,Phys.Rev.Lett.,84,2000(2010).

多种应用要求多个光束或脉冲串。在所述应用中，多个光束中的脉冲可能具有明确的相对时间间隔，要求某种程度的同步。时域测量是一个示例。更具体地说，通过光学时间选通或相关技术，第一光束用于与样本光学相互作用，而第二光束用于时间选通或相关功能。具体地说，对于超短测量，需要同步来获得希望的时间分辨率。太赫兹光谱学、光学泵浦探测光谱学和其它时间选通的成像过程(利用超短脉冲激光)落入本申请范畴。

用于所述应用的传统的基于激光的系统经常被设计成形成具有足够高能量的脉冲，并且随后在应用系统中将光束分成多个光束路径。

在光纤和其它的增益介质例如再生放大器中放大高强度光脉冲最终要求考虑非线性特性。通常，脉冲能量约束导致了受限的平均功率。增大平均功率而不损失脉冲能量对于高峰值功率脉冲激光系统会是有用的改进。

因此，需要扩展脉冲激光源的峰值功率容量，所述脉冲激光源包括基于光纤的系统、再生放大器、薄片激光器等等。

发明内容

在一方面，本发明表现为一种减少非线性脉冲失真并增大脉冲激光源的可用平均功率的方法。

放大在时域中分布的脉冲减小了否则会由高峰值功率引起的非线性效应。如果时间分布的脉冲具有不同的偏振态，则脉冲可容易地被分离。

在不同的实施例中，脉冲在放大之前或放大期间被分成不同的偏振态。所得到的分裂脉冲部分可具有正交线性偏振。不同的偏振态利用相对简单的偏振敏感设备提供容易的提取同步的脉冲串成为多个光束。在传播过程中在光学介质可引入脉冲对间的时间间隔，其中时间间隔大于脉冲宽度。

在一些实施例中，第二分裂单元可用于通过沿相反方向传播光束来重新组合两个偏振分裂的时间分离(间隔)的脉冲以补偿时间延迟。在一些实施例中，第二分裂单元可包括与第一单元相同的光学部件。

在不同的实施例中，偏振分裂的时间分离(间隔)的脉冲在脉冲被放大至出现不想要的非线性效应的阈值之前在有源介质中产生。

在至少一个实施例中，脉冲在通过一个或多个放大器级放大前被时间分裂。

在至少一个实施例中，在全光纤结构中实施偏振分裂和延迟产生，所述全光纤结构可包括有源或无源保偏（PM）光纤。例如，通过PM光纤，偏振分束器和延迟发生器可与有源/无源PM光纤介质成一体并且不需要单独的部件。

在光纤激光器结构中，在被组合并注入放大器光纤之前，振荡器输出可被分成两个或多个光束，每个光束路径具有光学延迟级。如果提供超过脉冲的脉冲宽度的足够的延迟，则脉冲被放大而没有干涉，从而保持了每个脉冲的持续时间。