[发明专利]一种宽带飞秒激光的模式选择与功率放大的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及模式选择与放大技术，具体是一种宽带飞秒激光的模式选择与功率放大的装置及方法。

背景技术

宽带锁模脉冲激光的出现给光学频率综合、超快光学、强光场非线性等领域带来了革命性进步，并且迅速促进了这些领域的的相互融合。宽带锁模脉冲激光广泛应用在气体污染物的监测、人体健康的检测、生物大分子的研究等工业与医学领域。极其宽广的光谱带宽范围使得宽带激光可以覆盖几乎所有的大气污染成分，从而可以快速便捷的通过光谱检测大气的污染成分。超快的脉冲过程使得其可以在生物大分子寿命内研究其动力学与结构特征。然而，在许多实际应用中需要分离出宽带激光的单个模式，并且由于其极宽的光谱范围使得单个模式脉冲的功率很低需要对其进一步放大。目前，对激光模式的选择与功率的放大主要由以下几种。

第一种是基于滤光片结合激光二极管对宽带脉冲激光进行模式选择与功率放大。该方法的原理为使用窄带滤光片从宽带飞秒脉冲的数百万不同的模式中选择出所需的模式，窄带滤光片的带宽几乎做不到小于1nm（对应于红外波段的频率范围大约为30GHz），然而宽带脉冲激光两个脉冲之间的间隔为百兆赫兹量级。使得所选出的模式最少也有几百条，过多的模式不能满足实际应用中对单模式的使用，并且模式之间的竞争会减弱光电二极管对其放大。

第二种是基于光栅和激光二级管对宽带脉冲激光进行模式选择与功率放大。同理，对于宽带飞秒激光的模式选取的精细程度是由光栅的分辨率决定的。目前，分辨率最好的光栅1600线/mm,对光谱的分辨率为5GHz量级。由于宽带飞秒脉冲的模式间隔为百兆赫兹量级，这种方法只能选择出数百条以上的模式，无法选择出少量以及单一模式并且对其功率进行放大。

国内外目前采用的以上两种方法都无法选择出光学频率梳的少量几个模式或者单一的模式，主要原因为所采用的选模器件的分辨率太低所限制。由于技术手段的限制制备不出分辨率足够高的选模器件。然而，实际的生产与生活中对宽带飞秒脉冲激光的少量模式的选取与功率的放大的需求十分迫切。基于此，急需发明一种可以从宽带飞秒脉冲激光中选择出单模脉冲激光，并且对其功率放大的装置。

发明内容

本发明为了解决现有宽带飞秒脉冲激光的模式选择与放大技术中无法选择出单一的模式、不能对模式的宽度进行改变、模式功率放大受多模影响等技术问题，提供了一种可以改变锁模飞秒激光脉冲模式宽度并且可以选择出少量和单一模式并对其功率有效放大的方法与装置。

本发明所述的一种宽带飞秒激光的模式选择与功率放大的装置是采用以下技术方案实现的：一种宽带飞秒激光的模式选择与功率放大的装置，包括顺次位于宽带飞秒脉冲激光入射光路上的第一激光隔离器，第一激光隔离器后顺次设有第一全反射镜、沿着第一全反射镜激光的出射方向顺次有第二全反射镜和F-P腔；F-P腔的出射光路上依次设有第三全反射镜、第四全反射镜、半波片和偏振分束棱镜，偏振分束棱镜的反射光路上设有光电探测器；F-P腔上设有压电陶瓷，压电陶瓷配有高压电源，光电探测器信号输出端通过锁定电路系统与高压电源的电压控制端口相连接；偏振分束棱镜的透射光路上依次设有第一光栅、光栏、第五全反射镜、第六全反射镜、激光二极管；激光二极管的出射光路上设有第二光栅；第二光栅的反射光路上依次有第七全反射镜、第二激光隔离器、第一激光整形棱镜与第二激光整形棱镜。

所述F-P腔位于第二全反射镜的反射光路上；第三全反射镜与第四全反射镜顺次位于F-P腔出射镜的出射光路上；第四全反射镜与第一光栅之间还设有有半波片和偏振分束棱镜组成的分光系统；第一光栅的出射光路上设有光栏；光栏与激光二极管之间有第五和第六全反射镜组成的准直系统；所述第二光栅位于激光二级管的出射光路上；所述第七全反射镜位于第二光栅的反射光路上；所述第二激光隔离器、第一激光整形棱镜与第二激光整形棱镜顺次位于第七全反射镜的反射光路上。

第一全反射镜与第二全反射镜的光束准直结构用于把激光更好的耦合进入F-P腔；第三全反射镜与第四全反射镜的光束准直结构用于提高第一光栅与光栏选模效率；第五全反射镜与第六全反射镜的光束准直结构用于把选出模式耦合进入激光二级管，准直的光路可以获得最大的放大效率；第二光栅用于压缩激光二级管输出光斑的大小，获得小光斑高功率密度的激光。