一種超短脈沖激光產(chǎn)生裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超短脈沖激光產(chǎn)生裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超短脈沖激光是一種應(yīng)用十分廣泛的激光類型，其主要特征是輸出激光的脈沖寬度非常窄，通常在皮秒和飛秒量級。由于脈沖寬度窄決定了其時間分辨率非常高，通常被運用于時間分辨光譜、泵浦探測、超快動力學、精密加工等領(lǐng)域。目前，能夠產(chǎn)生超短脈沖激光的主要技術(shù)包括:鎖模激光技術(shù)、增益開關(guān)半導(dǎo)體激光技術(shù)以及激光強度調(diào)制技術(shù)。鎖模激光技術(shù)是獲取超短脈沖激光輸出最常見的方法，該技術(shù)通過對激光腔內(nèi)的各個縱模進行相位鎖定，從而能獲得寬度極窄的脈沖輸出。但是使用這種方法產(chǎn)生的脈沖激光受限于重復(fù)頻率和脈沖寬度無法改變的缺點，而且對于運行環(huán)境的要求也比較苛刻。增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器技術(shù)采用電脈沖對半導(dǎo)體激光器進行調(diào)制。通常情況下，半導(dǎo)體激光的偏壓設(shè)置在閾值附近，當另一脈沖電壓信號疊加至半導(dǎo)體PN結(jié)時，激光器會輸出弛豫振蕩激光的第一個尖峰，從而獲得超短脈沖輸出。增益開關(guān)方法獲得的脈沖激光重復(fù)頻率可調(diào)，但是由于電脈沖技術(shù)發(fā)展水平的限制，輸出脈沖激光的寬度較寬(一般在納秒量級)，時間抖動較大，并且功率較低。激光強度調(diào)制技術(shù)是對連續(xù)輸出激光進行強度調(diào)制從而獲得超短脈沖輸出，這種技術(shù)獲得的激光脈沖重復(fù)頻率可調(diào)，但是脈沖寬度較寬，輸出功率也比較低。從上述三種現(xiàn)有的技術(shù)想實現(xiàn)重復(fù)頻率可調(diào)、脈寬較窄、穩(wěn)定度較高的超短脈沖激光輸出是比較困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種超短脈沖激光產(chǎn)生裝置和方法，提供一種重復(fù)頻率可調(diào)、脈寬較窄、穩(wěn)定度較高的超短脈沖激光輸出裝置及方法。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種超短脈沖激光產(chǎn)生裝置，包括半導(dǎo)體激光器、電脈沖驅(qū)動器、光放大器、分束器、陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元、合束器和超短脈沖輸出。分束器端口為2*2，合束器端口為2*2。
[0005]陣列可變光衰減器，陣列可變光衰減器工作于分束器的輸出端，用于調(diào)整所在臂光信號的幅度，使其與另一臂的光信號幅度相同。
[0006]偏振控制器，偏振控制器置于分束器輸出端與合束器輸入端之間，用于調(diào)節(jié)所在臂光信號的矢量方向，使其與另一臂光信號相同。
[0007]延時單元，所述延時單元用于對分束器輸出端的任意一條臂脈沖光信號進行延時處理，使其與另一臂脈沖光信號產(chǎn)生時域上的錯位。
[0008]相位調(diào)制單元，所述相位調(diào)制單元位于分束器輸出端的任意一條臂光信號通路，用于對脈沖信號進行相位的翻轉(zhuǎn)。
[0009]合束器，用于將經(jīng)過相位調(diào)制、幅度調(diào)制、延時操作及偏振調(diào)節(jié)的兩路信號光進行相干耦合。
[0010]半導(dǎo)體激光器輸入端連接電脈沖驅(qū)動器，輸出端連接光放大器，光放大器與分束器的一個輸入端連接，分束器的輸出端與合束器輸入端連接，分束器的輸出端與合束器輸入端之間設(shè)有陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元，合束器的任意一個輸出端連接超短脈沖輸出。
[0011]經(jīng)電脈沖驅(qū)動器驅(qū)動半導(dǎo)體激光器，直接調(diào)制并重復(fù)頻率可調(diào)諧的納秒脈沖激光，即窄脈寬脈沖激光信號，通過分束器后分為兩路信號，經(jīng)陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元分別進行幅度調(diào)制、偏振調(diào)節(jié)、延時操作、相位調(diào)制后進入合束器，在合束器通過干涉相消進而在超短脈沖輸出產(chǎn)生頻率可調(diào)的超短脈沖激光輸出。
[0012]所述半導(dǎo)體激光器是光譜帶寬較窄的光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器。所述電脈沖驅(qū)動器是脈沖寬度和重復(fù)頻率可調(diào)的電脈沖驅(qū)動器。
[0013]上述陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元均位于分束器輸出端的任意一臂。
[0014]上述陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元任意兩兩組合后，設(shè)置在分束器輸出端不同的兩臂上。
[0015]上述陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元任意三個組合后，設(shè)置在分束器輸出端的任意一臂，第四個位于另一臂。
[0016]上述在合束器輸入端獲得幅度和矢量方向相同，相位相差π，時域上錯位的兩路光信號。
[0017]一種基于超短脈沖激光產(chǎn)生裝置的超短脈沖激光產(chǎn)生方法，方法如下:
包括半導(dǎo)體激光器、電脈沖驅(qū)動器、光放大器、分束器、超短脈沖輸出，還包括
陣列可變光衰減器，陣列可變光衰減器工作于分束器的輸出端，用于調(diào)整所在臂光信號的幅度，使其與另一臂的光信號幅度相同。
[0018]偏振控制器，偏振控制器置于分束器輸出端與合束器輸入端之間，用于調(diào)節(jié)所在臂光信號的矢量方向，使其與另一臂光信號相同。
[0019]延時單元，所述延時單元用于對分束器輸出端的任意一條臂脈沖光信號進行延時處理，使其與另一臂脈沖光信號產(chǎn)生時域上的錯位。
[0020]相位調(diào)制單元，所述相位調(diào)制單元位于分束器輸出端的任意一條臂光信號通路，用于對脈沖信號進行相位的翻轉(zhuǎn)。
[0021]合束器，用于將經(jīng)過相位調(diào)制、幅度調(diào)制、延時操作及偏振調(diào)節(jié)的兩路信號光進行相干耦合。
[0022]分束器端口為2*2，合束器端口為2*2。
[0023]半導(dǎo)體激光器輸入端連接電脈沖驅(qū)動器，輸出端連接光放大器，光放大器與分束器的一個輸入端連接，分束器的輸出端連接陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元后再與合束器的輸入端連接，合束器的輸出端連接超短脈沖輸出。
[0024]經(jīng)電脈沖驅(qū)動器驅(qū)動半導(dǎo)體激光器，直接調(diào)制并重復(fù)頻率可調(diào)諧的納秒脈沖激光，即窄脈寬脈沖激光信號，通過分束器后分為兩路信號，經(jīng)陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元、相位調(diào)制單元分別進行幅度調(diào)制、偏振調(diào)節(jié)、延時操作、相位調(diào)制后進入合束器，通過干涉相消進而在超短脈沖輸出產(chǎn)生頻率可調(diào)的超短脈沖激光輸出。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:(I)本發(fā)明通過對納秒脈沖直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器輸出的光信號進行處理后，經(jīng)相干相消獲得超短脈沖輸出，對光信號的各個參量均進行了相關(guān)處理，可控性較高，對環(huán)境的條件要求不大，從而輸出信號的穩(wěn)定度很好；
(2)選擇的光源為電脈沖直接調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，在后續(xù)結(jié)構(gòu)中僅對光信號進行簡單的相位調(diào)制及延時等處理，在輸出端有效地保留了電脈沖驅(qū)動器重復(fù)頻率可調(diào)的優(yōu)點；(3)所用部件均為常見光學或電子器件，對材料的技術(shù)要求不高，結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0026]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施超短脈沖激光產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元和相位調(diào)制單元的實施方式一示意圖。
圖3為本發(fā)明陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元和相位調(diào)制單元的實施方式二示意圖。
圖4為本發(fā)明陣列可變光衰減器、偏振控制器、延時單元和相位調(diào)制單元的實施方式二不意圖。
[0027]圖5為進入合束器的兩路信號光經(jīng)過相干相消后獲得脈沖信號的示意圖。
[0028]
【具體實施方式】
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0029]一種超短脈沖激光產(chǎn)生裝置，包括半導(dǎo)體激光器1、電脈沖驅(qū)動器2、光放大器3、分束器4、陣列可變光衰減器5、偏振控制器6、延時單元7、相位調(diào)制單元8、合束器9和超短脈沖輸出10 ;分束器4端口為2*2，合束器9端口為2*2。
[0030]陣列可變光衰減器5，陣列可變光衰減器5工作于分束器4的輸出端，用于調(diào)整所在臂光信號的幅度，使其與另一臂的光信號幅度相同。
[0031]偏振控制器6,偏振控制器6置于分束器4輸出端與合束器9輸入端之間,用于調(diào)節(jié)所在臂光信號的矢量方向，使其與另一臂光信號相同。
[0032]延時單元7，所述延時單元7用于對分束器4輸出端的任意一條臂脈沖光信號進行延時處理，使其與另一臂脈沖光信號產(chǎn)生時域上的錯位。
[0033]相位調(diào)制單元8，所述相位調(diào)制單元8位于分束器4輸出端的任意一條臂光信號通路，用于對脈沖信號進行相位的翻轉(zhuǎn)。
[0034]合束器9，用于將經(jīng)過相位調(diào)制、幅度調(diào)制、延時操作及偏振調(diào)節(jié)的兩路信號光進行相干耦合。
[0035]半導(dǎo)體激光器I輸入端連接電脈沖驅(qū)動器2，輸出端連接光放大器3，光放大器3與分束器4的一個輸入端連接，分束器4的輸出端連接陣列可變光衰減器5、偏振控制器6、延時單元7、相位調(diào)制單元8后再與合束器9的輸入端連接，合束器9的輸出端連接超短脈沖輸出10。
[0036]經(jīng)電脈沖驅(qū)動器2驅(qū)動半導(dǎo)體激光器1，直接調(diào)制并重復(fù)頻率可調(diào)諧的納秒脈沖激光，即窄脈寬脈沖激光信號，通過分束器4后分為兩路信號，經(jīng)陣列可變光衰減器5、偏振控制器6、延時單元7、相位調(diào)制單