[发明专利]基于声光调制器的多频激光时分复用放大器

说明书

技术领域

本发明涉及激光放大器，尤其涉及一种基于声光调制器的多频激光时分复用放大器。

背景技术

在光通信领域，光的时分复用传输技术对构建全光通信网络是必不可少的，它能大大地提高通信信道的传输效率，可参考文献(Ultrahigh-speed optical time-division-multiplexed transmission technology based on optical signal processing，S.Kawanishi，IEEE J.Quantum Electron.第34卷，2064页，1998年)。在一些冷原子物理实验中，我们也需要实现类似的功能，例如，用一根光纤中在不同的时间段传输不同频率的大功率激光来操控原子团。在原子干涉仪精密测量实验中，实验过程是按一定的顺序进行的，例如，在磁光阱中冷却和囚禁原子团，冷却完成后上抛原子团，利用双光子拉曼跃迁技术操控原子以实现干涉，清理其他态上的原子以探测所需态上的原子布居数等，可参考文献(Measurement of Local Gravity via a Cold Atom Interferometer，L.Zhou等,Chin.Phys.Lett.第28卷,013701页，2011年)，这些过程都需要频率不同的大功率激光作用到同一团原子上来完成。然而，多束大功率激光合束到一条光纤中的难度很大，各束光合束后损失也较大。因此，如果用一台锥形放大半导体激光器(TA)能分时段地输出不同频率的大功率激光，然后耦合进同一根光纤，输送到实验装置中来分时段地操控原子。这就需要有一个光开关来对输入TA的种子光进行切换，使TA工作在时分复用的模式下来完成整个实验。

一般地，可以用偏振分束器来将两束偏振激光束耦合后，注入TA，可参考文献(High-power multiple-frequency narrow-linewidth laser source based on a semiconductor tapered amplifier,G.Ferrari等,Opt.Lett.第24卷,151页，1999年)。在激光耦合过程中，可用机械开关控制两束光的开关，使得在相应的时段只有一束激光注入TA。但是这种方法存在如下缺点：首先，如果开关损坏，就有可能会由于种子光过载而烧毁TA芯片，或者没有光注入TA而使TA芯片无法将能量以激光形式输出带走而毁坏芯片；其次，由于注入TA芯片需要偏振相同的激光束，用偏振分束器使两束激光合束势必会损失一半功率的激光才能得到偏振相同的两束激光，如果是多束激光耦合会导致损耗更大。利用电光调制器和光纤相位调制器也能实现类似的功能，但是，其调制的激光存在多个边带频率分量，且调制效率也不是很高，可参考文献(Application of electro-optically generated light fields for Raman spectroscopy of trapped cesium atoms,I.Dotsenko等，Appl.Phys.B,第78卷,711页，2004年；Broadband optical serrodyne frequency shifting,D.Johnson等,Opt.Lett.第35卷,745页，2010年)。

由此可见，前述的现有技术存在如下缺陷：多频激光合束方案对TA芯片存在安全隐患；激光功率损耗较大，往往难以保证足够功率的种子光；电光调制方案输出激光频率不纯，调制效率不高。为满足冷原子实验对多个频段高纯度大功率激光的需要，需要一种结构简单、能保证TA芯片安全、调制效率高的时分复用激光放大器。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术在芯片使用安全性、种子激光使用效率和输出激光频谱纯度方面存在的缺点和不足，实现一种基于声光调制器的多频激光时分复用放大器。

本发明的目的是这样实现的：

包括声光调制器、射频驱动源、二分之一波片、第一光纤耦合镜、第二光纤耦合镜、单模保偏光纤和锥形放大半导体激光器；

通过声光调制器快速开关来切换注入锥形放大半导体激光器的种子激光，从而实现不同频率的入射种子光分时放大。

其位置和连接关系是：

第一种子激光和第二种子激光以两倍布拉格角分布，声光调制器位于第一种子激光和第二种子激光的角平分线的垂直线上；

射频驱动源和声光调制器连接，实现对声光调制器的开关控制；

选择第一种子激光或第二种子激光出射口的激光作为进入二分之一波片和第一光纤耦合镜的入射激光；