[发明专利]一种双重复频率短脉冲激光系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种双重复频率短脉冲激光系统。

背景技术

短脉冲激光器通常可以输出具有某一固定重复频率的光脉冲序列，其重复频率由光脉冲在光谐振腔中传输一个周期所需要的时间决定。当光谐振腔的长度不变，光在光谐振腔中的传输速度固定时，其基频脉冲的重复频率是一个确定且唯一的值。目前国际上有报道的一个短脉冲激光器输出两个及以上重复频率脉冲序列的方法主要有以下几种：1、在光谐振腔中加入具有滤波效应的器件，如滤波器，增益不平坦的掺杂光纤或由于偏振相关损耗器件导致的拉奥滤波器等，这些滤波器使得激光器在不同的中心波长处实现短脉冲序列输出，由于色散效应，不同中心波长光脉冲序列的群速度不同，因此重复频率不同；2、光谐振腔具有两个或以上的谐振方向或者路径，使得所输出光脉冲序列到的重复频率不同。

本发明提出在光谐振腔内加入双折射器件，在光谐振腔内振荡的光反复通过双折射器件，由双折射器件中的光学双折射效应累积形成两个相互正交的偏振主态，两个偏振主态具有不同的传输速度，光谐振腔内形成两个短脉冲序列其偏振态分别对应两个偏振主态，因此两个短脉冲序列具有不同的重复频率。采用这种方式实现的双重复频率激光器与采用非线性偏振旋转锁模的脉冲激光器是截然不同的。采用非线性偏振旋转锁模的双重复频率激光器光谐振腔内包含双折射器件(如保偏光纤)和偏振相关损耗器件(如偏振相关隔离器)，利用其形成的拉奥滤波器效应形成双重复频率短脉冲输出。但是本发明提出的激光系统中只包含双折射器件，不包含偏振相关损耗的器件，不会形成拉奥滤波器效应。

这种输出两个具有不同重复频率的短脉冲序列的激光系统可以代替两个复杂控制的激光器，实现光异步采样距离测量、泵浦探测等系统。

发明内容

在一个示例中，所述的一种双重复频率短脉冲激光系统，其特征在于，包括光谐振腔、双折射器件、泵浦源、增益介质、锁模器件和耦合输出器件，锁模器件使得在光谐振腔内产生被动锁模短脉冲序列；在光谐振腔内振荡的光反复通过双折射器件，由双折射器件中的光学双折射效应累积形成两个相互正交的偏振主态，两个偏振主态具有不同的传输速度，光谐振腔内形成的两个短脉冲序列其偏振态分别对应两个偏振主态，从而形成不同的脉冲重复频率；光谐振腔内不包括具有偏振相关损耗的器件。

在一个示例中，所述的双重复频率短脉冲激光系统，其特征在于，光谐振腔包括线型腔、折叠腔、环形腔和“8”字形腔。

在一个示例中，所述的双重复频率短脉冲激光系统，其特征在于，双折射器件是具有双折射效应的光学器件，其双折射系数的大小决定了双重复频率短脉冲激光系统所产生的两个短脉冲序列重复频率之差的最大值。设光谐振腔内的腔长为L，腔内折射率n，真空光速c，光经过双折射器件的路径长度为l，双折射△n，能实现的两个短脉冲序列重复频率差的最大值△f＝△nlc/n²L²。

在一个示例中，所述的双重复频率短脉冲激光系统，其特征在于，增益介质包括具有与泵浦源发射谱相匹配的能级结构的半导体、晶体、稀土材料掺杂玻璃和稀土材料掺杂光纤，以及具有非线性拉曼散射效应、非线性参量增益的器件。

在一个示例中，所述的双重复频率短脉冲激光系统，其特征在于，锁模器件是具有饱和吸收效应、实现被动锁模的半导体器件、光子晶体器件、拓扑绝缘体、碳纳米管材料和石墨烯材料。

在一个示例中，所述的双重复频率短脉冲激光系统，其特征在于，耦合输出器件将光谐振腔内固定比例的一部分光输出到光谐振腔外，剩余部分光返回光谐振腔内，耦合输出器件包括光纤耦合器和分束镜。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明，其中：

图1是一种双重复频率短脉冲激光系统的框图，其中1是泵浦源，2是增益介质，3是锁模器件，4是双折射器件，5是耦合输出器件，6是光谐振腔；

图2是一种双重复频率短脉冲激光系统的实例图；

图3是所输出的两个重复频率的短脉冲序列的频谱图；

图4是所输出的两个重复频率的短脉冲序列的光谱图；

图5是所输出的两个重复频率的短脉冲序列的自相关曲线；

具体实施方式