[发明专利]偏振合束非线性旋转锁模方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种偏振合束非线性旋转锁模的方法。

背景技术

锁模脉冲激光器由于其种种优点，例如输出的脉宽窄、峰值功率高、光谱范围宽等等，广泛应用于信息处理、通信、激光光谱、互联网及光全息技术等领域。获得超短脉冲锁模激光的方式很多，常见的包括可饱和吸收体技术锁模和非线性偏振旋转锁模等。可饱和吸收锁模结构简单，能自锁模，但是得到的脉冲容易分裂而且噪声高，并且可饱和吸收体不能承受过高的峰值功率，长时间的锁模也会对可饱和吸收体造成损伤。采用非线性偏振旋转锁模技术的锁模脉冲激光器，由于光的非线性效应，锁模的稳定性较差，易受环境影响；激光脉冲放大在增益介质中进行，导致脉冲容易分裂以及调制不稳定性，极易受到高阶非线性效应的影响，不利于获得非常干净压缩脉冲，输出脉冲的主峰通常伴有较大的傍瓣脉冲；在增益介质中放大的激光模式的偏振方向不确定，激光腔内模式的控制非常困难，而不同偏振模式相互竞争通常带来额外的增益噪声，偏振随环境干扰的随机抖动很难控制，输出激光脉冲的稳定性一般难以提高，相应的时域-频域噪声较大，输出脉冲的载波包络相位偏移较大；受限于激光增益介质的损伤阈值，得到的锁模激光脉冲的能量有限；锁模激光脉冲相对于连续背景光时域占空比通常比较低，在增益介质中易于受到放大自发辐射连续光的影响，获得的脉冲对比度一般不高。由于上述这些因素的存在，制约了非线性偏振旋转锁模激光器的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题而提供的一种偏振合束非线性旋转锁模的方法，该方法可以得到稳定输出的高能量锁模脉冲。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种偏振合束非线性旋转锁模方法，该方法采用非线性偏振旋转锁模，激光腔内形成的锁模脉冲先经过脉冲偏振分离合束进行脉冲分离展宽，分离后得到的低峰值功率的脉冲经过增益物质进行放大，放大之后的脉冲经法拉第镜旋转镜反射后返回进行第二次放大，再进行脉冲合束，得到高峰值功率的脉冲；脉冲在激光腔内数次往返放大，得到高能量的激光脉冲后通过耦合输出器件输出。

所述分离展宽采用双折射晶体、偏振分束单元或者两者的组合将单个高峰值功率的脉冲分离成多个低峰值功率的脉冲。

所述双折射晶体以任意角度切，采用两块对称排列的双折射晶体作为一个脉冲展宽压缩单元。

所述双折射晶体为钒酸钇晶体、铌酸锂晶体组、碳酸钙晶体或二氧化钛晶体。

所述双折射晶体单元的长度依次成倍增长排列，即第二个双折射晶体单元的长度为第一个双折射晶体单元长度的两倍，第三个双折射晶体单元的长度为第二个双折射晶体单元长度的两倍，依次类推；其后一晶体单元的晶轴与光线夹角相对前一晶体单元旋转45度。

所述偏振分束单元是由两块对称摆放的偏振分束镜和下部锥形石英晶体构成，其纵向长度依次成倍增长排列，即第二单元的纵向长度为第一单元纵向长度的两倍，第三单元的纵向长度为第二单元纵向长度的两倍，依次类推；其后一单元与前一单元纵向呈45度角摆放。

所述增益介质为固体激光器工作物质或者掺杂光纤；所述固体激光器工作物质为钛蓝宝石、掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）或掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）；所述掺杂光纤为掺杂一种或多种稀土元素的单模光纤或者大芯径多模光纤、双包层光纤或光子晶体光纤。

所述法拉第旋转镜为空间结构或者光纤结构。

所述偏振分离合束将某一入射偏振光分束二个正交偏振方向，经不同路径传播后合束，不同偏振方向的光束经由不同的延时，产生偏振时域分离。

本发明激光增益和偏振非线性旋转锁模由腔内不同的光学器件完成；在腔内引入偏振分束，不同偏振模式的激光以不同路径经由增益介质，经法拉第反射镜后以正交的偏振模式再次通过增益介质，腔内的偏振分束确保只有一种偏振模式在激光腔内获得最佳增益（最低损耗），完全抑制不同偏振模式的增益竞争以及偏振随机抖动对激光增益的影响。本发明可以得到稳定输出的高能量锁模脉冲。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

⑴、本发明中激光进入增益介质前对脉冲进行展宽，降低其峰值功率，能有效避免损伤增益介质，减低高阶非线性效应的影响。

⑵、本发明中非线性偏振旋转与增益介质分离开，能有效避免脉冲的分裂以及脉冲调制不稳定性。

⑶、本发明采用双折射晶体或者偏振分束器件进行脉冲分离展宽和合束，能够避免高阶啁啾的影响。

⑷、脉冲的展宽量可通过改变晶体单元的纵向结构来精确控制，便于调节。