[发明专利]基于激光脉冲的啁啾和展宽以及随后的功率放大生成具有窄光谱线宽的激光脉冲

说明书

技术领域

本文献涉及通过使用光脉冲放大器和脉冲激光器生成激光脉冲。 

背景技术

不同技术特性的脉冲激光器具有广泛的应用，一些例子如：光通信、光成像、激光材料处理、激光手术和生物医学应用、光谱测量和光传感应用以及激光显示。对于一些应用，具有小于1皮秒的脉冲宽度的超短脉冲（USP）激光，例如，飞秒脉冲激光器，很有吸引力，并且，这种应用的例子包括：某些材料处理、光传感、光烧蚀、包括眼科学、生物医学、非线性学习和光谱学的精确手术。与这种超短脉冲（USP）激光器中的超短脉冲宽度相关的是，激光脉冲包括在相对宽的光谱带宽上的光谱分量。 

在某些应用中，期望使用具有窄光谱带宽的光，因而，USP激光器的短激光脉冲的相对宽的光谱带宽可能无益。 

发明内容

本文献描述了用于基于短种子激光脉冲的啁啾和展宽以及随后的功率放大生成具有相对窄的光谱线宽（例如，小于1nm）的激光脉冲的技术和设备。这种具有相对窄的光谱带宽的激光脉冲，可用在其中窄光谱带宽激光脉冲有利的某些激光应用中。在本文献中所描述的这些例子中，所生成的具有相对窄的光谱带宽的激光脉冲，由于脉冲生成中的展宽操作，可具有相对长的脉冲宽度（例如，大于1ps）。 

在一方面，一种用于生成激光脉冲的方法可被实施为包括：生成具有种子脉冲宽度的种子激光脉冲；调整所述种子激光脉冲以产生具有大于所述种子脉冲宽度的脉冲宽度并且在光频率上具有正啁啾的调 整的激光脉冲；以及将所述调整的激光脉冲导入由对所述调整的激光脉冲显示正常光色散的光学增益介质形成的光放大器，以便将具有所述正啁啾的所述调整的光脉冲放大至引起自相位调制的功率电平，从而将所述放大的、调整的光脉冲的光谱宽度压缩至小于所述种子激光脉冲的光谱宽度同时其具有大于所述种子脉冲宽度的脉冲宽度。 

在另一方面，一种用于生成激光脉冲的设备可被实施为包括：种子脉冲激光器，其生成具有种子脉冲宽度的种子激光脉冲；光展宽器，其接收所述种子激光脉冲并且构成为调整所述种子激光脉冲以产生具有大于所述种子脉冲宽度的脉冲宽度并且在光频率上具有正啁啾的调整的激光脉冲；以及光放大器，其由对所述调整的激光脉冲显示正常光色散的光学增益介质形成。所述光放大器耦合为从所述光展宽器接收所述调整的激光脉冲，并且构成为将具有所述正啁啾的所述调整的光脉冲放大至引起自相位调制的功率电平，以将所述放大的调整的光脉冲的光谱宽度压缩至小于所述种子激光脉冲的光谱宽度并且其同时具有大于所述种子脉冲宽度的脉冲宽度。 

在又一方面，一种用于生成激光脉冲的基于光纤的设备可被实施为包括：种子脉冲光纤激光器，其生成具有种子脉冲宽度的种子激光脉冲；和光纤展宽器，其耦合至所述种子脉冲光纤激光器以接收所述种子激光脉冲并且构成为包括显示反常光色散的啁啾光纤布拉格光栅。所述光纤展宽器可操作为调整所述种子激光脉冲以产生具有大于所述种子脉冲宽度的脉冲宽度并且在光频率上具有正啁啾的调整的激光脉冲。该设备包括光纤放大器，其对所述调整的激光脉冲显示正常光色散并且耦合为从所述光纤展宽器接收所述调整的激光脉冲。所述光纤放大器构成为将具有所述正啁啾的所述调整的光脉冲放大至引起自相位调制的功率电平，以将所述放大的调整的光脉冲的光谱宽度压缩至小于所述种子激光脉冲的光谱宽度并且其同时具有大于所述种子脉冲宽度的脉冲宽度。 

这些和其他方面、它们的实施和其他特性在附图、说明书和权利要求中进行详细描述。 

附图说明

图1示出基于功率放大之前的脉冲展宽和脉冲啁啾的脉冲激光设备的一个例子。 

图2示出实施图1中设备的一个例子。 

图2A示出用于实施图2中主功率放大器240的双包层大模场直径（LMA）光纤放大器的一个例子。 

图3-12示出图1和2中设计的各方面。 

具体实施方式

USP激光器中光谱分量在相对宽的光谱带宽上的展宽，在其中窄光谱带宽激光脉冲有利的某些激光应用中可能是不期望的。这些应用的例子是基于其中效率随着激光的光谱带宽的增加而降低的各种非线性光学效应的设备和系统，例如，拉曼光谱学、基于非线性谐波生成的绿和UV光生成。对于非线性谐波的生成，由于与非线性谐波的生成相关的非线性波混合中的光相位匹配条件，窄光谱带宽有助于增加转换效率和提高输出光束质量。