[发明专利]光脉冲压缩器

说明书

技术领域

本发明涉及光脉冲压缩器，特别是涉及在用于产生高强度短光脉 冲的光源中使用的光脉冲压缩器。

背景技术

用于产生高强度短光脉冲的现有方法中的一种是压缩从各种光脉 冲源输出的光脉冲的方法。基于光纤的非线性效果，大致存在两种脉 冲压缩器。

第一种是使用正常色散光纤和色散补偿器的脉冲压缩器。

在这种情况下，正常色散光纤由于自相位调制(SPM)和群速度 色散(GVD)效果而具有给予输入脉冲近线性正啁啾(chirp)的作用。 光脉冲在被输入到具有正常色散的光纤时在光谱上变宽并在整个脉冲 宽度上被正啁啾。

脉冲在穿过光纤之后被发送到具有衍射光栅对的色散补偿器并且 由于异常GVD被压缩。正常色散意味着时间轴上的延迟对于较短的 波长较大，并且，引起这种色散被称为执行正啁啾或给予正啁啾。异 常色散意味着延迟对于较长的波长较大。使用正常色散光纤和色散补 偿器的该压缩器将被特别称为啁啾补偿压缩器。

第二种是使用异常光纤的脉冲压缩器。在这种情况下，输入脉冲 由于孤子效果而被压缩。孤子是这样一种现象或者是表示该现象的脉 冲本身，在该现象中，由于因光纤的GVD引起的脉冲变宽均衡了由 于因光纤的异常导致的SPM而引起的脉冲缩短，因此脉冲在没有波 形变化的情况下在光纤中传播。

这里，由于SPM效果随着光脉冲的强度增加，因此高强度光脉 冲在经由光纤传播的过程中被压缩。在这种情况下，存在输入脉冲的 强度越高则压缩因子(输入脉冲宽度除以输出脉冲宽度)越高的趋势。 这种具有异常色散光纤的压缩器将被特别称为高阶孤子压缩器 (high-order soliton compressor)。

Tai等人的论文(Applied Phys.Lett.，vol.48，pp.1034-1035 (1986))表明，通过连续使用上述两种方法的二级压缩器，实现1100 的高压缩因子。

该实验使用由在1.32μm(微米)的波长下操作的模式锁定的钕： 钇铝石榴石(YAG)激光器产生的100ps(皮秒)输入脉冲。通过使 用具有正常色散光纤和衍射光栅对的上述啁啾补偿压缩器，实验的第 一级压缩产生压缩到2ps的宽度的脉冲。该脉冲进一步被第二级高阶 孤子压缩器压缩以获得具有90fs(飞秒)的脉冲宽度的所得输出脉冲。

上述的啁啾补偿压缩器已被有利地用于比块体石英的零色散波长 (约1.3μm)短的波长。这是由于普通石英光纤对于比块体石英的零 色散波长短的波长表现出正常色散。另一方面，通过仔细选择构成光 纤的材料和折射率轮廓(profile)，可以实现对于比块体石英的零色 散波长(约1.3μm)长的波长表现出正常色散的光纤。可通过主要包 含例如四氟化锆(ZrF4)和四氟化铪(HfF4)的氟化物光纤实现这种 光纤。

通过使用对于比块体石英的零色散波长长的波长表现出正常色散 的光纤，可将啁啾补偿压缩器应用于这些波长。在这些波长中的操作 的优点包含通过用主要包含石英的一个异常光纤代替衍射光栅对，实 现低成本和稳定的全光纤压缩器。

发明内容

在上述的论文(Applied Phys.Lett.，vol.48，pp.1034-1035(1986)) 中说明的结构具有问题。具体地，由于在第一级啁啾补偿压缩器中使 用衍射光栅对，因此它十分昂贵，并且，存在由于扰动等导致的光轴 的位移会导致整个系统不稳定的担心。此外，在第二级高阶孤子压缩 器中，输出脉冲一般包含基座(pedestal)(主脉冲以外的能量分量)。 由于作为总脉冲能量的百分比给出的基座的能量具有随输入脉冲的强 度增加的趋势，因此用于高强度输入脉冲的压缩器需要进一步的改进。

换句话说，需要在其色散补偿器中没有衍射光栅对并且即使对于 高强度的输入脉冲也实现具有很少基座的压缩的脉冲压缩器。

根据本发明的光脉冲压缩器包括：啁啾单元，包含向输入脉冲提 供正啁啾的正常色散光纤；和色散补偿器，包含补偿从啁啾单元向输 入脉冲提供的正啁啾的异常光纤。形成色散补偿器的异常光纤的非线 性系数和二阶群速度色散的绝对值被设置为使得孤子阶数变为一或更 大，并且，异常色散光纤的光纤长度等于或小于光孤子形成所需要的 长度。