[发明专利]一种基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器领域，具体涉及一种基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器。

背景技术

可调谐激光器可作为光通信系统中的关键器件。可调谐激光器的输出波长可调，通用性强，可代替固定波长的分布反馈式激光器，使用时调节至工作波长即可。因此仅需配备少量数目的可调谐激光器，即可提供不同工作环境中的激光光源，设备管理得以简化，利用效率得以提高。此外，对实现光脉冲压缩、功率放大等，可调谐激光器所输出的脉冲光。

可调谐激光器其波长调谐的广度和输出功率的高低，在实际应用中至关重要，也是调谐激光器重要的品质衡量标准。调谐激光器波长的调谐广度对于实现特定波长的功率放大有着根本性约束作用。实现单个激光器的大功率输出，是目前激光器技术的瓶颈，而利用光放大系统对激光进行功率放大的技术，在光纤激光器和光纤通讯中早已经成熟。可见，对调谐激光中特定波长进行光放大具有可行性。在此过程中，需要考虑调谐激光器输出光束的能量密度、脉宽、线宽等特性。因此，基于激光调谐的成熟技术，可设计后续的光放大系统，脉宽、线宽的扩展、压缩系统，实现通讯波长（1550nm）的大功率、窄脉宽和线宽的激光功率放大。Jeff Squier, Françoise Salin在OPTICS LETTERS提出过一种将锁模激光脉宽展宽后再进行放大的激光放大系统，飞秒锁模激光器作为种子源，脉冲展宽后的激光光束经再生放大器放大，再经过脉冲压缩器后输出，得到能量被放大数千倍的单激光脉冲。但经过再生放大器后的激光光束的功率不高，同时激光的波长不可调谐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，解决了单级功率放大倍数不高及激光的波长不可谐调。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于锁模自相关的可调谐短脉冲激光放大器，包括第一调Q准连续Nd:YAG激光器、第二调Q准连续Nd:YAG激光器、第一凸透镜、第二凸透镜、第一分光镜、第二分光镜、第一光隔离器、第四分光镜、第二光隔离器、第三光隔离器、自锁模激光器、脉冲扩展器、相位调制器、再生放大器、脉冲压缩器和空腔自锁模系统；

自锁模激光器采用基本z型谐振腔，包括依次设置的第一全反射镜、双折射干涉滤波器、第二凹球面镜、克尔介质工作物质、第一凹球面镜、第一棱镜对和耦合输出镜；第一凸透镜位于第一调Q准连续Nd:YAG激光器与第一凹球面镜之间，第二凸透镜位于第二调Q准连续Nd:YAG激光器与第二凹球面镜之间；

所述脉宽扩展器包括第一光栅对、第三凸透镜、第四凸透镜、第二全反射镜；所述第一光栅对包括第一光栅和第二光栅，第一光栅倾斜放置，第二光栅水平放置；第三凸透镜、第四凸透镜沿第一光栅的反射光路设置在第一光栅对之间；第二全反射镜设置在第二光栅的反射光路上；

再生放大器包括共光轴依次设置的第三调Q准连续Nd:YAG激光器、第三凹球面镜、第三分光镜、激光增益介质、第四凹球面镜；

空腔自锁模系统包括沿光路依次设置的第五凹球面镜、第六凹球面镜、SESAM、第四全反射镜；

所述第一光隔离器和第一分光镜依次设置在自锁模激光器的耦合输出镜和脉宽扩展器的第一光栅对的第一光栅之间，且第一分光镜与相位调制器共光轴；

所诉第二分光镜设置在相位调制器和再生放大器的第三分光镜之间，且第二分光镜与脉冲压缩器的第五凸透镜共光轴，第二分光镜和第五凸透镜之间依次设有第二光隔离器和第四分光镜；所述第四分光镜与空腔自锁模系统的第五凹球面镜共光轴；第二分光镜和相位调制器之间设有第三光隔离器；

所述脉冲压缩器包括沿光路依次设置的第五凸透镜、光纤、第六凸透镜、第二棱镜对和第三全反射镜，第五凸透镜的焦点处耦合进光纤的一端，第六凸透镜的焦点处耦合进光纤的另一端。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）利用克尔介质工作物质（Cr4+:YAG）的自聚焦的非线性光学特性和其较宽的荧光光谱，通过双折射干涉滤波器和第一棱镜对实现较宽调谐范围的激光的ps级激光输出。

（2）利用第一光栅对、第二凸透镜、第三凸透镜和第二全反射镜组成的望远镜系统，实现光束的脉宽展宽，展宽数千倍。使其峰值功率降低，防止再生放大器损伤放大器。

（3）利用相位调制器，使其频谱的中心频率附近展宽，从而实现相差很小的边频在再生放大器中被放大，同时又不产生较大的模式竞争，经过再生放大器放大，实现其大功率输出。