[发明专利]预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置及其系统

说明书

本发明提供了一种一种预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，所述装置包括：飞秒激光前端模块、预啁啾管理模块、脉冲分束器模块、光纤放大器模块、脉冲合束器模块、脉冲压缩模块和时间延迟调节模块。本发明采用预啁啾技术增加光谱展宽量，采用相干合成技术增加输出平均功率，两路相干合成可以输出平均功率五百瓦亚50飞秒超短脉冲；同时本发明拓展性强，可以在现有系统的基础上并行加入多根棒状光子晶体增益光纤进一步提高输出平均功率，还可以加入时间上脉冲分离/合成单元可以提高系统的输出脉冲能量。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，特别是涉及超快光纤激光技术，具体涉及一种高平均功率、超短飞秒脉冲的产生与放大装置。

背景技术

掺镱光纤激光器具有高平均功率、优良的散热性能、高效的电光转换效率、优异的光束质量、相对低廉的成本和相对较小的空间体积等优势，在基础科学、工业加工、生物医疗等领域得到越来越广泛的应用。

为获得具有高平均功率脉冲的同时可以减少累积的非线性，一方面，超快光纤激光系统一般采用啁啾脉冲放大(CPA)技术。但是由于增益介质带宽不足、放大过程增益窄化以及放大与压缩过程中色散补偿失配的制约，光纤CPA系统输出的脉冲宽度通常大于200fs。另一方面，为了覆盖更多的应用场景与应用范围，获得平均功率更高的飞秒脉冲将面临几大挑战，比如飞秒脉冲会在光纤中积累过多的非线性相位而影响输出脉冲的压缩质量；脉冲峰值功率高于一定阈值会损伤光纤；平均功率达到一定阈值后，也会出现横模不稳定现象(TMI)，进一步限制输出的平均功率。

现有CPA技术的缺陷：

1、光纤CPA放大系统输出脉宽较宽，通常大于200fs，不能满足部分需要更短脉冲的应用。

2、由于TMI阈值的存在，单根光纤CPA放大系统不能输出超过TMI阈值的平均功率。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷与限制，提供一种具体的基于预啁啾管理放大技术(PCMA)的多路超短脉冲激光相干合成(CBC)装置，此装置中使用非线性放大技术PCMA可以输出比CPA系统更短的脉冲(亚50fs)，使用相干合成技术可以突破单根大模场光纤功率限制，输出平均功率更高的脉冲(～500W)。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，所述装置包括：飞秒激光前端模块、预啁啾管理模块、脉冲分束器模块、光纤放大器模块、脉冲合束器模块、脉冲压缩模块和时间延迟调节模块；其中：

所述预啁啾管理模块的输入端与所述飞秒激光前端模块的输出端相连，所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列；

所述脉冲分束器模块的输入端与所述预啁啾管理模块的输出端相连，所述预啁啾管理模块用于调整输入脉冲的啁啾量；

所述光纤放大器模块输入端与所述脉冲分束器模块输出端相连，所述脉冲分束器模块用于将单束脉冲在空间上分成多束脉冲；

所述脉冲合束器模块的输入端与所述光纤放大器模块的输出端相连，所述光纤放大器模块用于对分束器模块输出的脉冲利用非线性效应展宽光谱同时对脉冲进行功率放大；

所述脉冲压缩模块输入端与所述脉冲合束器模块的输出端相连，所述脉冲合束器模块用于将多束脉冲合成一束；

所述脉冲压缩模块输出端输出压缩后的脉冲，所述脉冲压缩模块用于对从所述脉冲合束器模块输出端输出的脉冲进行色散补偿；

所述时间延迟调节模块的监测端与所述脉冲合束器模块的输出端相连，用于监测多路脉冲时间上相位延迟；

所述时间延迟调节模块的制动端与所述脉冲分束器模块相连，用于对所述时间延迟调节模块监测端的误差信号进行补偿，进行主动相位反馈锁定。