[发明专利]一种基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置

说明书

技术领域

 本发明属于通信领域，它是一种基于限制纤芯模式与包层模式耦合的kagome光纤装置，特别是涉及一种填充了氦气的kagome光纤作为传输介质，实现对激光二极管发出的高功率脉冲进行压缩的装置。

背景技术

超短脉冲在光通信领域中应用广泛，将ps量级的脉冲压缩到fs量级一直是研究人员关注的焦点。T. Südmeyer等人通过使用大模场面积实心光子晶体光纤在高功率下实现脉冲的压缩，从激光二极管中发出的宽度为760fs的脉冲被压缩到24fs，压缩后脉冲的平均功率为32W，压缩总效率为50%。C. J. Saraceno等人通过使用实心光子晶体光纤放大器实现高功率激光脉冲的压缩，脉冲宽度可以被压缩到35fs，脉冲能量超过3μJ。这两种压缩装置对μJ级的激光脉冲的压缩是有效的。然而，由于标准熔融硅实心光纤的自聚焦效应，峰值功率超过4MW脉冲就不能直接使用这种光纤压缩装置。所以，要实现对性能最好的激光二极管发出的脉冲能量为30μJ、峰值功率为25MW的脉冲的压缩就需要找到另外的压缩装置。最近，S. H?drich等人通过一个光纤放大器装置将脉冲宽度压缩到了35fs，脉冲能量为380μJ。由于这个装置中毛细血管的传导模式功率损耗很大，所以该技术不能用于模场直径小的光纤中。因此，这种装置只适用于脉冲能量在几百μJ及以上的情况。

近年来，由于kagome光纤的出现，在脉冲压缩这个研究方向取得了一些新的突破。Kagome光纤具有独特的光学性能，这种光纤仅有不完整的光子带隙，且与空气线不相交，但光仍可以在光纤中传输，同时具有宽通频带和较低的损耗，能满足长波导光或宽带导光的应用需求，可以避免光子带隙型光子晶体光纤传输带宽窄、基模与界面模交替光泄漏等缺陷，在高能量激光传输领域具有潜在的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于实心光子晶体光纤的压缩装置损耗阈值低、光纤中传导模式叠加严重以及脉冲的功率损耗大等问题，提供一种新的高功率脉冲压缩装置，使得激光二极管发出的高功率脉冲可以在kagome光纤中传输后注入单通道的光栅压缩器进行压缩，最终从激光二极管中发出的ps量级脉冲被压缩到fs量级。

本发明利用了填充氦气的kagome光纤的损耗阈值高、传输带宽宽、损耗低、色散小，相对于一些传统的脉冲压缩装置（如：基于大模场面积实心光子晶体光纤在高功率下实现脉冲的压缩），基于kagome光纤的脉冲压缩装置具有压缩脉冲的平均功率高、脉冲质量好、结构紧凑、体积小等特点，得到研究人员的关注。

氦气（Helium gas），与空气相比有更低的非线性折射率，同时可以补偿波导的线性色散。填充在kagome光纤中的氦气还可以作为冷却剂，使得激光二极管输出的平均功率较高的脉冲仍然可以在kagome光纤中传输而不损坏光纤，提高了kagome光纤的损耗阈值。

本发明的技术方案：

一种基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置，包括激光二极管、隔离器、填充氦气的kagome光纤、两个半波片、偏振分光棱镜以及单通道光栅压缩器。所述的激光二极管发出的高能量脉冲通过隔离器之后注入填充氦气的kagome光纤，然后依次通过第一个半波片、偏振分光棱镜及第二个半波片之后进入单通道光栅压缩器。

所述的填充氦气的kagome光纤是将两个橡胶气室分别套在kagome光纤的两个端面，一个气室用来抽出kagome光纤中的空气,另一个气室中装满氦气，挤压气室将氦气完全注入kagome光纤。

所述的半波片是将从kagome光纤中输出的高功率脉冲的偏振方向改变成与之前脉冲偏振方向正交。

所述的偏振分光棱镜是由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有具有偏振分光作用的二氧化硅薄膜，其作用是将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光。

本发明装置工作原理如下所述：

激光二极管发出的高功率的激光脉冲通过隔离器注入kagome光纤，由于kagome光纤具有独特的光学性能，可以抑制光纤包层中高阶模式和纤芯模式的耦合，因此降低了脉冲的传输损耗。kagome光纤中填充的氦气可以补偿波导色散，同时氦气也可以作为冷却剂，因此提高了kagome光纤的损耗阈值，使得kagome光纤能够传输高能量的脉冲。