[发明专利]一种用于密集波分复用系统的超短脉冲源

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1.一种用于密集波分复用系统的超短脉冲源，其结构为：种子脉冲源(1)的输出端与脉宽展宽模块(2)的输入端相连，脉宽展宽模块(2)的输出端与脉冲拾取模块(3)的输入端相连，脉冲拾取模块(3)的输出端与脉冲时域分割模块(4)的输入端相连，脉冲时域分割模块(4)的输出端与一级脉宽压缩模块(5)的输入端相连，一级脉宽压缩模块(5)的输出端与偏振脉冲相干叠加模块(6)的输入端相连，偏振脉冲相干叠加模块(6)的输出端与二阶脉宽压缩模块(7)的输入端相连；

所述种子脉冲源模块(1)结构为，泵浦源(101)与波分复用器(102)的980nm端相连，波分复用器(102)的1550nm端与第一隔离器(103)的输入端相连，第一隔离器(103)的输出端通过掺铒光纤(104)与第二隔离器(105)的输入端相连，第二隔离器(105)的输出端与滤波器(106)的输入端相连，滤波器(106)的输出端与第一偏振控制器(107)的输入端相连，第一偏振控制器(107)的输出端通过单模光纤(108)与第一准直器(109)的输入端相连，光脉冲经第一准直器(109)、第一二分之一波片(110)、第一四分之一波片(111)、第一偏振敏感隔离器(112)、第一偏振分束器(113)、第二四分之一波片(114)后传输至第二准直器(115)，第二准直器(115)经相移长周期光栅(116)与第二耦合器(117)的输入端相连，第二耦合器(117)的直接输出端与波分复用器(102)的公共端相连，第二耦合器(117)的耦合输出端与第二偏振控制器(120)的输入端相连，第二偏振控制器(120)输出端经保偏光纤(119)与第三偏振控制器的输出端(118)相连，第三偏振控制器(118)的输入端与第二耦合器(117)的另一输入端相连，其中第一偏振分束器(113)的垂直入射方向的输出端作为种子脉冲源模块的输出；

所述脉宽展宽模块(2)具有如下的光路结构，光脉冲经第一反射镜(201)传输至第一光栅(202)上，第一光栅(202)将光脉冲传输至第二反射镜(203)后，反射至第三反射镜(204)，第三反射镜(204)将光脉冲反射回第一光栅(202)，第一光栅(202)输出的脉冲经第一凸透镜(205)传输至第四反射镜(206)后经第一凸透镜(205)反射回第一光栅(202)上，光脉冲经第一光栅(202)传输至第二反射镜(203)，第二反射镜(203)反射光脉冲并经第三反射镜(204)反射后入射至第一光栅(202)，第一光栅(202)输出的光脉冲入射至波罗棱镜(207)并经波罗棱镜(207)反射回第一光栅(202)，光脉冲经第一光栅(202)后按上文所述路线再次经第二反射镜(203)、第三反射镜(204)、第一光栅(202)、第一凸透镜(205)、第四反射镜(206)，多次反射后回到第一光栅(202)上，光脉冲经第一光栅(202)输出；

所述脉冲拾取模块(3)具有如下的光路结构，光脉冲入射至第二凸透镜(301)，光脉冲经第二凸透镜(301)、声光调制器(302)、第三凸透镜(303)、第三隔离器(304)、第二半波片(305)后入射至第五反射镜(306)，光脉冲经第五反射镜(306)反射至第六反射镜(307)后入射至第四凸透镜(308),光脉冲经过第四凸透镜(308)、第三准直器(309)、第二掺铒光纤(310)、第四准直器(311)、第五凸透镜(312)后入射至第七反射镜(313)，第一光电二极管(316)产生的泵浦光经第五准直器(315)、第六凸透镜(314)后，与之前入射到第七反射镜(313)的光脉冲融合；融合后的光脉冲经第七反射镜(313)反射至第八反射镜(317)，第八反射镜(317)将光脉冲反射至第三半波片(318)，光脉冲经第三半波片(318)、第三四分之一波片(319)、带通滤波器(320)、第四半波片(321)后入射至第二光栅(325)；光脉冲经第二光栅(325)传输至第三光栅(326)，第三光栅(326)将光脉冲传输至第九反射镜(327)；第九反射镜(327)将脉冲反射回第三光栅(326)，光脉冲经第三光栅(326)传输至第二光栅(325)；第二光栅(325)输出的光脉冲传输至第十反射镜(322)，并由第十反射镜(322)反射至第五半波片(323)中，最后经过第二偏振分束器(324)输出；

所述偏脉冲时域分割模块(4)具有如下的光路结构，光脉冲经第六半波片(401)入射到第三偏振分束器(402)的输入端，光脉冲从第三偏振分束器(402)垂直入射方向的输出端输出经过第四四分之一波片(403)传输至第十一反射镜(404)，第十一反射镜(404)将光脉冲反射回第四四分之一波片(403)，第四四分之一波片(403)再次将光脉冲传输至第三偏振分束器(402)，同时光脉冲从第三偏振分束器(402)另一与入射方向垂直的输出端输出经过第五四分之一波片(405)传输至第十二反射镜(406)和第一压电驱动器(407)后，光脉冲被第十二反射镜(406)反射回第五四分之一波片(405)，第五四分之一波片(405)再次将光脉冲传输回第三偏振分束器(402)，光脉冲由第三偏振分束器(402)与入射方向平行的端口输出经第七半波片(408)传输至第四偏振分束器(409)，光脉冲从第四偏振分束器(409)的与入射方向垂直的端口经过第六四分之一波片(410)传输至第十三反射镜(411)，第十三反射镜(411)将光脉冲反射回第六四分之一波片(410)，第六四分之一波片(410)再次将光脉冲传输回第四偏振分束器(409)，同时光脉冲从第四偏振分束器(409)另一与入射方向垂直的端口经过第七四分之一波片(412)传输至第十四反射镜(413)和第二压电驱动器(414)后，光脉冲被第十四反射镜(413)反射回第七四分之一波片(412)，第七四分之一波片(412)再次将光脉冲传输至第四偏振分束器(409)，光脉冲由第四偏振分束器(409)与入射方向平行的输出端输出；

所述一级脉宽压缩模块(5)具有如下的光路结构，传输至第四光栅(5001)，光脉冲经过第四光栅(5001)反射至凹面镜(5002)，凹面镜(5002)将光脉冲反射至第十五反射镜(5003)，光脉冲经第十五反射镜(5003)反射至凹面镜(5002)后，经凹面镜(5002)传输至第四光栅(5001)，光脉冲经第四光栅(5001)后按上文所述路线再次经凹面镜(5002)、第十五反射镜(5003)传输，多次反射后光脉冲回到第四光栅(5001)，第四光栅(5001)将光脉冲反射至第十六反射镜(5004)，光脉冲经第十六反射镜(5004)传输至第十七反射镜(5005)，经第十七反射镜(5005)传输至第十八反射镜(5006)，经第十八反射镜(5006)传输至第十九反射镜(5007)后，光脉冲依次经过七反射镜进行光谱整形：光脉冲依次经过第二十反射镜(5008)、第二十一反射镜(5009)、第二十二反射镜(5010)、第二十三反射镜(5011)、第二十四反射镜(5012)、第二十五反射镜(5013)、第二十六反射镜(5014)反射后，光脉冲入射至第二十七反射镜(5015)，光脉冲经第二十七反射镜(5015)入射至第一分束器(5016)输入端，从第一分束器(5016)的输出端传输至第二十八反射镜(5017)，光脉冲经第二十八反射镜(5017)反射至第二十九反射镜(5018)后，经第二十九反射镜(5018)反射至第三十反射镜(5019)，第三十反射镜(5019)将光脉冲反射至第三十一反射镜(5020)，光脉冲经第三十一反射镜(5020)反射至第七凸透镜(5021)，光脉冲经过第七凸透镜(5021)、第八凸透镜(5022)、第一双色镜(5023)后，经第一双色镜(5023)透射输出，光脉冲与经第六十三反射镜(5107)反射至第一双色镜(5023)后反射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲经第一双色镜(5023)传输至第一KTiAsO₄晶体(5024)，光脉冲经第一KTiAsO₄晶体(5024)传输至第二双色镜(5025)，从第二双色镜(5025)反射的短波长光脉冲传输至第三十二反射镜(5103)，从第二双色镜(5025)透射的长波长光脉冲传输至第三双色镜(5026)，经第三双色镜(5026)反射的光脉冲传输至第三十三反射镜(5104)，从第三双色镜(5026)透射的光脉冲入射至第三十四反射镜(5027)，光脉冲经第三十四反射镜(5027)反射至第三十五反射镜(5028)，经第三十五反射镜(5028)反射至第九凸透镜(5029)，经第九凸透镜(5029)传输至第十凸透镜(5030)，经过第十凸透镜(5030)后入射至第三十六反射镜(5031)，光脉冲经第三十六反射镜(5031)反射至第三十七反射镜(5032)，经第三十七反射镜(5032)反射至第三十八反射镜(5033)，经第三十八反射镜(5033)反射至第三十九反射镜(5034)，经第三十九反射镜(5034)传输至第四双色镜(5035)，经第四双色镜(5035)传输至第二KTiAsO₄晶体(5036)，光脉冲经第二KTiAsO₄晶体(5036)传输至第五双色镜(5037)，从第五双色镜(5037)反射的光脉冲传输至第四十反射镜(5105)，从第五双色镜(5037)透射的光脉冲传输至第六双色镜(5038)，经第六双色镜(5038)反射的光脉冲传输至第四十一反射镜(5106)，从第六双色镜(5038)透射输出的光脉冲入射至第十一凸透镜(5039)，经第十一凸透镜(5039)传输至第十二凸透镜(5040)，经第十二凸透镜(5040)入射至第五光栅(5042)，第五光栅(5042)将光脉冲反射至第六光栅(5043)上，第六光栅(5043)将光脉冲反射至第一屋顶镜(5044)上，光脉冲到达第一屋顶镜(5044)后按输入路线反射回到第五光栅(5042)，第五光栅(5042)将光脉冲传输至第四十二反射镜(5041)，光脉冲经第四十二反射镜(5041)反射至第四十三反射镜(5045)后，经第四十三反射镜(5045)反射至第四十四反射镜(5046)，经第四十四反射镜(5046)反射至第四十五反射镜(5047)，经第四十五反射镜(5047)反射至第四十六反射镜(5048)，经第四十六反射镜(5048)反射至刀口棱镜(5099)，从第一分束器(5016)的另一输出端传输至第四十七反射镜(5049)，光脉冲经第四十七反射镜(5049)反射至第四十八反射镜(5050)后，经第四十八反射镜(5050)反射至第四十九反射镜(5051)，经第四十九反射镜(5051)反射至第五十反射镜(5052)，经第五十反射镜(5052)反射至第五十一反射镜(5053)，光脉冲经第五十一反射镜(5053)反射至第十三凸透镜(5054)，光脉冲经过第十三凸透镜(5054)、第十四凸透镜(5055)后，经第十四凸透镜(5055)反射至第七双色镜(5056)，光脉冲经第七双色镜(5056)透射后，与沿第六十八反射镜(5108)入射至第七双色镜(5056)后反射出的光脉冲融合，融合后的光脉冲经第七双色镜(5056)入射至第三KTiAsO₄晶体(5057)，光脉冲经第三KTiAsO₄晶体(5057)传输至第八双色镜(5058)，从第八双色镜(5058)反射的光脉冲反射至第五十二反射镜(5059)，从第八双色镜(5058)透射的光脉冲传输至第九双色镜(5060)，经第九双色镜(5060)反射的光脉冲传输至第五十三反射镜(5061)，从第九双色镜(5060)输出的光脉冲入射至第五十三反射镜(5061)，经第九双色镜(5060)透射的光脉冲入射至第五十四反射镜(5062)，经第五十四反射镜(5062)反射至第五十五反射镜(5063)，经第五十五反射镜(5063)反射至第十五凸透镜(5064)后，光脉冲经过第十五凸透镜(5064)、第十六凸透镜(5065)，入射至第五十六反射镜(5066)，光脉冲经第五十六反射镜(5066)反射至第五十七反射镜(5067)，经第五十七反射镜(5067)反射至第五十八反射镜(5068)，经第五十八反射镜568反射至第五十九反射镜(5069)，经第五十九反射镜(5069)反射至第十双色镜(5070)，经第十双色镜(5070)透射输出，光脉冲与经第六十九反射镜(5098)反射至第十双色镜(5070)后反射输出的光脉冲融合入射至第四KTiAsO4晶体(5071)，光脉冲经第四KTiAsO₄晶体(5071)传输至第十一双色镜(5072)，从第十一双色镜(5072)反射的光脉冲传输至第六十反射镜(5073)，从第十一双色镜(5072)透射的光脉冲传输至第十二双色镜(5074)，经第十二双色镜(5074)反射的光脉冲传输至第六十一反射镜(5075)，从第十二双色镜(5074)透射的光脉冲入射至第十七凸透镜(5076)，经第十八凸透镜(5076)传输至第十八凸透镜(5077)，经第十八凸透镜(5077)入射至第七光栅(5078)，第七光栅(5078)将光脉冲反射至第八光栅(5079)上，第八光栅(5079)将光脉冲反射至第二屋顶镜(5080)上，光脉冲到达第二屋顶镜(5080)后按输入路线反射回到第七光栅(5078)，第七光栅(5078)将光脉冲传输至第六十二反射镜(5081)，光脉冲经第六十二反射镜(5081)反射至第六十三反射镜(5082)后，经第六十三反射镜(5082)反射至第六十四反射镜(5083)，经第六十四反射镜(5083)反射至刀口棱镜(5099)，由激光器(5084)泵浦的光脉冲传输至第十三双色镜(5085)，从第十三双色镜(5085)反射的光脉冲经过第八半波片(5086)入射至第一薄膜偏振器(5087)，经第一薄膜偏振器(5087)透射输出的平行偏振光脉冲入射至第六十五反射镜(5107)，光脉冲经第六十五反射镜(5107)反射至第一双色镜(5023)，经第一薄膜偏振器(5087)反射的垂直偏振光脉冲入射至第二薄膜偏振器(5088)，光脉冲经第二薄膜偏振器(5088)反射后经过第九半波片(5089)、第二掺铒光纤(5090)传输至第六十六反射镜(5091)，光脉冲经第六十六反射镜(5091)反射至第四双色镜(5035)，经第四双色镜(5035)反射的光脉冲与通过第三十九反射镜(5034)入射至第四双色镜(5035)后经第四双色镜(5035)透射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲入射至第二KTiAsO₄晶体(5036)，从第十三双色镜(5085)输出的光脉冲经第六十七反射镜(5092)传输至第十半波片(5093)，光脉冲经第十半波片(5093)入射至第三薄膜偏振器(5094)，经第三薄膜偏振器(5094)透射输出的平行偏振光脉冲入射至第六十八反射镜(5108)，光脉冲经第六十八反射镜(5108)反射至第七双色镜(5056)，经第三薄膜偏振器(5094)反射的垂直偏振光脉冲入射至第四薄膜偏振器(5095)，光脉冲经第四薄膜偏振器(408)0反射后经过第十一半波片(5096)、第三掺铒光纤(5097)传输至第六十九反射镜(5098)，光脉冲经第六十九反射镜(5098)反射至第十双色镜(5070)，最后入射至刀口棱镜(5099)的两束相同的光脉冲传输至第七十反射镜(5100)，光脉冲经第七十反射镜(5100)反射至第七十一反射镜(5101)反射至CaF₂透镜(5102)，两束光脉冲经CaF₂透镜(5102)融合后输出；

所述偏振脉冲相干叠加模块(6)具有如下的光路结构，光脉冲入射至第五偏振分束器(601)，光脉冲中由第五偏振分束器(601)垂直入射方向的输出端输出，光脉冲经第七十二反射镜(602)反射至第七十三反射镜(603)，经第七十三反射镜(603)反射至第七十四反射镜(604)，经第七十四反射镜(604)反射至第七十五反射镜(605)，经第七十五反射镜(605)反射回第五偏振分束器(601)后，经第五偏振分束器(601)平行入射方向的输出端输出，光脉冲经第五偏振分束器(601)输出后经过第十二半波片(606)传输至第六偏振分束器(607)，光脉冲沿第六偏振分束器(607)垂直于入射方向的输出端传输至第七十六反射镜(608)，光脉冲经第七十六反射镜(608)反射至第七十七反射镜(609)，经第七十七反射镜(609)反射至第七十八反射镜(610)，经第七十八反射镜(610)反射至第七十九反射镜(611)，经第七十九反射镜(611)反射回第六偏振分束器(607)，光脉冲经与第六偏振分束器(607)入射方向平行的另一输出端输出，光脉冲经第六偏振分束器传输至第十三半波片(612)，经第十三半波片(612)传输至第七偏振分束器(613)，最后由第七偏振分束器(613)输出；

所述二阶脉宽压缩模块(7)具有如下所述光束结构，光脉冲入射至第九光栅(701)，经第九光栅(701)输出的光脉冲经第十九凸透镜(702)、光学狭缝(703)、第二十凸透镜(704)后入射至第十光栅(705)，经第十光栅(705)输出的光脉冲经过第八四分之一波片(706)入射至第八十反射镜(707)，光脉冲到达第八十反射镜(707)后沿原路返回至第九光栅(701)，经第九光栅(701)输出的光脉冲经过热填充中空芯光纤(708)入射至第十一光栅(709)，光脉冲经第十一光栅(709)反射至第十二光栅(710)，经第十二光栅(710)反射至第一熔融石英板(711)，光脉冲经过第一熔融石英板(711)、BBO晶体(712)后入射至第一啁啾反射镜(713)，光脉冲经第一啁啾反射镜(713)反射至第二啁啾反射镜(714)后，经第二啁啾反射镜(714)反射回第一啁啾反射镜(713)，光脉冲经第一啁啾反射镜(713)和第二啁啾反射镜(714)之间多次反射后回到第二啁啾反射镜(714)，光脉冲经第二啁啾反射镜(714)传输至第八十一反射镜(715)，经第八十一反射镜(715)反射至第二熔融石英板(716)，经第二熔融石英板(716)入射至铝制D形分体镜(717)，经D形分体镜(717)输出的光脉冲入射至第八十二反射镜(718)，光脉冲经第八十二反射镜(718)反射至第八十三反射镜(719)，经第八十三反射镜(719)反射至第二凹面镜(720)后，光脉冲经第二凹面镜(720)传输至第三熔融石英板(723)，D形分体镜(717)的另一端输出的光脉冲传输至第八十四反射镜(721)，经第八十四反射镜(721)反射至第八十五反射镜(722)，光脉冲经第八十五反射镜(722)反射至第二凹面镜(720)后，经第二凹面镜(720)传输至第三熔融石英板(723)，经过第三熔融石英板(723)的残余光束入射至射束阻挡器(724)，通过第三熔融石英板(723)的光脉冲最后由第二十一凸透镜(725)输出。