[发明专利]基于耗散孤子模式光纤的光学参量振荡器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年6月23日提交的美国申请No.14/312,407、2013年7月12日提交的美国临时申请No.61/845,767以及2014年3月14日提交的美国临时申请No.61/953,434的权益。美国申请No.14/312,407以及美国临时申请No.61/845,767和61/953,434的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及基于光纤的光学参量振荡器。

背景技术

基于光学参量相互作用的光源是令人关注的，因为它们提供对现有的基于电子跃迁的增益材料不能提供的激光波长的使用。光学参量振荡器(OPO)可以通过利用宽范围的晶体中的x⁽²⁾非线性光学响应或者光纤中的x⁽³⁾非线性响应来实现。

基于光纤的OPO(FOPO)由于它们在实现低成本、免对准(alignment)且紧凑的激光器系统、同时仍提供非常宽的调谐范围和高功率操作上的潜力而特别有吸引力。

FOPO的操作本质上是基于简并四波混频(FWM)，其中，两个泵浦(pump)光子与光纤相互作用以产生信号光子和空闲光子。信号光子和空闲光子的确切频率由相位匹配条件定义，该相位匹配条件取决于泵浦激光器波长、其峰值功率以及光纤的色散分布(profile)。存在泵浦OPO的两种常见方式。第一种方法是连续泵浦，其中，泵浦激光器是连续波激光器或者产生与OPO腔体往返时间相比的长脉冲的激光器。第二种方法是基于脉冲泵浦激光器的同步泵浦。在第二种方法中，泵浦激光器与OPO腔体同步。

超快同步泵浦FOPO在过去已被证实。然而，过去的FOPO的输出脉冲能量和峰值功率一直相当适中。过去已生产的在输出脉冲能量和峰值功率方面最佳的超快FOPO多达2nJ脉冲能量和～12kW峰值功率)。用于实现这的技术是使用仅2cm光纤长度，并且腔体的其余部分是自由空间光学器件。该实现避免了非线性效应的不利影响，但是要求大部分自由空间组件的使用，所以需要自由空间对准，并且伴随这样的系统的问题。在全光纤激光腔或大部分全光纤激光腔中，需要的是高功率超快FOPO。还需要的是，在提供高输出脉冲能量的同时在宽的范围上调谐FOPO的发射波长的能力。

发明内容

实施例是光纤光学参量放大器，包括：输入端口，所述输入端口用于接收泵浦波长的、具有第一脉冲持续时间的光学泵浦脉冲；以及谐振腔。所述谐振腔包括：第一耦合器，所述第一耦合器用于将所述光学泵浦脉冲耦合到谐振腔中；线性光纤光学增益介质，所述线性光纤光学增益介质具有负的色散，在离开所述线性光纤光学增益介质之后，所述线性光纤光学增益介质增加泵浦脉冲的强度，并且将第一泵浦脉冲持续时间增加到第二泵浦脉冲持续时间；非线性光纤光学增益介质，所述非线性光纤光学增益介质具有正的色散，所述非线性光纤光学增益介质向离开所述线性光纤光学增益介质的光提供参量增益，在离开所述非线性光纤光学增益介质之后，非线性光学增益介质将来自离开线性光学增益介质之后的泵浦脉冲的能量传送到具有第一信号脉冲持续时间的信号脉冲；以及功率分配器。所述功率分配器接收离开所述非线性光纤光学增益介质的光，并且提供：离开所述非线性光纤光学增益介质的光的第一部分给输出端口以离开所述谐振腔；和离开所述非线性光纤光学增益介质的光的第二部分被反馈到所述谐振腔中，使得它通过所述线性光纤光学增益介质。在离开所述线性光纤光学增益介质之后，所述线性光纤光学增益介质将具有第一脉冲持续时间的信号脉冲的脉冲持续时间增加到第二信号脉冲持续时间。

在替代实施例中，由所述功率分配器提供的离开所述非线性光纤光学增益介质的光的第二部分经由所述第一耦合器反馈到谐振腔中。

在替代实施例中，还包括用于提供光学泵浦脉冲的种子激光器。

在替代实施例中，所述谐振腔还包括光学延迟线。

在替代实施例中，线性增益介质是掺饵光纤光学放大器。

在替代实施例中，所述谐振腔还包括非增益光纤，所述非增益光纤不提供光学增益，并且具有比所述非线性光纤光学增益介质的色散大的色散。

在替代实施例中，通过改变所述泵浦脉冲的重复率来改变离开所述输出端口的光的峰值波长。