[发明专利]一种基于光谱整形效应的窄带皮秒脉冲光纤放大器

说明书

本发明公开了一种基于光谱整形效应的窄带皮秒脉冲光纤放大器，包括有皮秒脉冲种子源、第一光纤隔离器、第一泵浦源、第一光纤波分复用器、第一掺镱光纤、第二光纤隔离器、可调谐陷波滤波器、第二泵浦源、第一光纤波分复用器、第二掺镱光纤和第三光纤隔离器，本发明通过在放大链路中引入可调谐陷波滤波器，滤除皮秒脉冲的能量占比较低的光谱波峰，使其光谱恢复为钟型光谱，根据傅里叶变换原理，该过程等效于时域上将脉冲波形调整至近高斯型，从而抑制自相位调制的光谱拓展效应。使得放大器在保持脉冲窄带特性的条件下输出脉冲能量提高数倍至一个量级，并且保持脉冲时域脉宽几乎不变。

技术领域

本发明涉及激光精密加工、激光清洗技术领域，尤其涉及一种基于光谱整形效应的窄带皮秒脉冲光纤放大器，用作大能量皮秒激光系统的前端放大器，以该前端光纤放大器提高对窄带皮秒脉冲种子激光的高保真放大能力。

背景技术

1微米波段的窄带、大能量皮秒激光在激光精密加工、激光清洗和光谱学等领域具有广泛的应用。长期以来，通过全固态锁模振荡器级联固体放大器的主振荡放大（MOPA）装置，人们已经可以获取能量达焦耳级的窄带皮秒光源。近年来，随着全正色散被动锁模掺镱光纤激光技术的发展，人们发现，通过在腔内插入1nm以下窄带滤波器，也可产生数皮秒至数百皮秒不等脉宽的近变换限制脉冲，其脉宽可通过滤波带宽设计进行控制。这种光纤皮秒光源不仅显示出与固体皮秒源相比拟的时频特性，还具有光束质量好、结构紧凑等优点，因此也被用以发展大能量窄带皮秒光源。

为了进行脉冲能量提升，基于窄带皮秒光纤振荡器，目前已经发展了光纤放大器、固体行波放大和固体再生放大器。光纤放大器具有效率高、结构紧凑和散热性能好的优点，但是光纤的截面积小、长度长，为了避免光纤放大器中过量非线性导致的光谱失真，一般采用棒状光纤行波放大器才可实现几个μJ、峰值功率1MW的皮秒脉冲输出水平，尽管如此，由于固有损伤阈值和临界自聚焦，高峰值功率可能造成的损伤，这使得目前光纤皮秒放大器输出脉冲能量难以突破10μJ；为此，人们将传统的固体行波放大器与光纤种子光源相结合，发展了所谓的光纤固体混合MOPA方案。固体放大器具有较强的放大能力和较低的非线性，这已经在传统的全固态MOPA系统中得到了证明，但是其对于种子能量也具有较高的要求，研究表明，充分高的信号光脉冲能量是抑制固体放大器中分形和混沌等有害非线性动力学过程的关键因素，也是提高行波放大的效率、简化放大器结构，减少热量产生和保持光斑质量的重要因素。光纤振荡器的输出脉冲能量(~0.1nJ)比固体振荡器(>10nJ)低2个量级以上，导致直接固体放大存在困难。为了解决这一问题，光纤放大器被用来预提升进入固态放大器的信号脉冲能量。

然而，随着提高放大器增益使得光纤链路中脉冲能量的提高，自相位调制（SPM）随着非线性相移的增大持续展宽光谱，从而超过固体增益介质的增益谱宽(例如发射截面较大的Nd:YVO₄、Nd:YAG增益谱宽均小于0.6 nm)，使得放大后的脉冲功率谱密度较低，即有效能量仍然较低。若保持窄带放大，则光纤放大器的放大能力将受到钳制，目前采用单模光纤系统放大的10ps脉冲在窄带（~0.5nm）输出的脉冲能量在~2nJ水平，限制了混合MOPA装置的能量水平。

因此，研究基于光谱整形的窄带皮秒脉冲光纤放大技术，提高放大器的窄带放大能力以达到与固体振荡器相比拟的输出能量水平具有重要意义。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于光谱整形效应的窄带皮秒脉冲光纤放大器。

本发明是通过以下技术方案实现的：