[发明专利]紧凑的光学频率梳系统

说明书

技术领域

本发明涉及紧凑的光学频率梳系统及其示例性应用。

背景技术

高亮度宽带光学频率梳源在医学、光谱学、显微镜学、测距、感测和计量学中有很多应用。所述源需要高度强劲、具有长期稳定性，并且还包括具有高度光学集成的最小部件数以供大量市场应用。尤其是，对基于被动锁模激光器的宽带光学频率梳源结合高度非线性光纤或波导中的频率展宽或超连续谱产生已产生了很大的兴趣。特别是，当结合短脉冲光纤激光器使用时，全光纤系统结构用于超连续谱产生是可能的，其可产生益处，例如大大简化制造程序、低成本和高水平的热机械稳定性。

基于光纤的超连续谱源可产生从UV到中红外(mid-IR)的光谱输出并在近几年吸引了大量的研究，参见例如J.M.Dudley等人的“Supercontinuum generation in optical fibers”，Cambridge University Press(2010)。为了达到中红外，例如波长范围在约2.5–10.0μm，软玻璃或重金属氧化物玻璃可实施用于超连续谱产生，如最近由J.H.V.Price等人评论的“Supercontinuum generation and nonlinearity in soft glass fibers”，在J.M.Dudley等人的“Supercontinuum generation in optical fibers”,Cambridge University Press(2010)中的第VI章。所述工作在中红外的基于光纤的中红外源有可能替代更为成熟的光学参数振荡器（OPO）、光学参数放大器（OPA）和光学参数发生器（OPG），并因此受到积极推行。

通过控制激光谐振腔(谐振器)内部的重复率以及载波包络偏移频率（CEO），如同例如Holzwarth等人的美国专利6,785,303中所披露的，可以由锁模激光器方便地构造光纤频率梳。谐振腔(谐振器)的重复率可利用本领域公知的压电转换器（传感器）或电光转换器（传感器）调制在MHz重复率。相比之下，‘303建议使用慢的多的调制机制用于控制CEO频率，例如，调制耦合入激光谐振腔(谐振器)的光学泵浦功率。

用于快速控制CEO频率的方法披露于Fermann等人的美国专利申请公开号2010/0195677，（‘677）“Pulsed Laser Sources”，其中建议结合可寻址的腔内部件用于载波相位控制。例如，不同的设置包括快速控制光纤布拉格(Bragg)光栅的压强(压力)、控制光纤布拉格光栅温度和/或多个反馈回路以分离重复率和CEO频率之间的任何依存关系。还建议了其它技术以便引入可控制的相位变化。

快速控制CEO频率还在Fermann等人的美国专利申请公开号2010/0225897的发明名称为“Optical scanning and imaging systems based on dual pulsed laser systems”中提出，通过控制锁模激光谐振腔内的腔内损耗。具体地说，结合声光调制器能够使CEO频率控制在MHz调制率，可能比通过光学泵浦调制快许多数量级。‘677和‘897申请的内容在此以其全文形式被结合入本文作为引用。

被动锁模激光器一般要求腔内可饱和吸收器以便相对于cw操作更有利于短脉冲操作，其中必须满足额外的设计标准以抑制调Q不稳定性。最近，基于石墨烯以便于锁模的可饱和吸收器已经在J.M.Dawlaty等人的Probing Ultrafast Dynamics of Electrons and Holes in Graphene,Optical Society of America Conf.on Lasers and Electro-Optics,paperCFU7(2008)中提出。基于石墨烯的可饱和吸收器可直接沉积在光学增益材料例如光纤上，如A.Martinez等人的Optical Deposition of graphene and carbon nanotubes in a fiber ferrule for passive mode-locked lasing,Opt.Express,vol.18，pp.23054（2010）中所讨论，并因此引起极大兴趣。

不过，至今，被动锁模激光器和光学频率梳或尤其是被动锁模光纤激光器和基于光纤的频率梳仍然较难以制造、具有较大的部件数并且其高成本阻止它们在大量应用中的使用。

发明内容