[发明专利]基于预啁啾管理的低噪声光纤飞秒激光放大器

说明书

一种基于预啁啾管理的低噪声光纤飞秒激光放大器，包括掺镱光纤色散管理锁模激光器(1)、干涉频谱滤波器(2)、光栅对负色散延迟线(3)、掺镱光纤放大器(4)和光栅对脉冲压缩器(5)；掺镱光纤色散管理锁模激光器(1)生成呼吸孤子脉冲序列；干涉频谱滤波器(2)调整呼吸孤子脉冲序列的中心波长，使之位于掺镱光纤放大器(4)的增益谱中心；光栅对负色散延迟线(3)向调整后呼吸孤子脉冲序列引入负啁啾，得到种子脉冲；掺镱光纤放大器(4)对种子脉冲进行自相似放大，得到抛物线形脉冲；光栅对脉冲压缩器(5)压缩抛物线形脉冲生成飞秒激光脉冲。本发明对非线性放大器高频噪声的有效抑制，获得窄脉宽的傅里叶变换极限飞秒激光脉冲。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，特别涉及一种飞秒激光放大器。

背景技术

基于飞秒激光的高时间分辨力、宽带频率梳齿和低时间抖动特性，可以获得传统手段难以企及的距离测量和时间同步精度、尺度和速度，在深空探测、通信导航、空间遥感等领域有广泛的应用前景。光纤飞秒激光器因其几乎全封闭的光路、集成化的光纤器件和半导体激光二极管(LD)直接泵浦方式，具有环境稳定性好、光束质量佳和结构紧凑等突出优势，是最有可能率先实现飞秒激光空间应用的实用化光源。为提升光纤锁模飞秒激光器输出指标，目前主要有啁啾脉冲放大(Chirped pulse amplification，CPA)和非线性放大两种技术。为获得高功率输出，大多采用CPA结构，通过预先引入正色散展宽器降低种子脉冲峰值功率，避免放大过程的非线性积累，但受限于增益窄化效应，CPA系统很难输出小于100飞秒(fs，10-15s)的激光脉冲；为获得窄脉宽输出，通常采用非线性放大方式，利用增益光纤的自相位调制效应展宽光谱，但过高的非线性相位积累，可能导致脉冲畸变甚至分裂，带来不可压缩的脉冲基底，引入附加的强度及相位噪声。

自相似放大作为一种特殊的非线性放大技术，为实现高功率、窄脉宽、低噪声的光纤飞秒激光源提供了解决途径：一定能量的任意形状脉冲，只要传输足够距离，均能在正色散增益光纤中渐近地演化成抛物线脉冲，并自相似地放大，即峰值功率、时域宽度和频谱宽度随传输距离指数增长，同时保持抛物线形状不变。这种渐近吸引子的本质决定了自相似放大脉冲具有更好的抗噪能力；抛物线形状保证了放大过程只积累线性啁啾，使光谱得以有效展宽而不发生劣化，有效避免光波分裂及其引入的载波相位噪声，支持高能量运转，由此又减小了自发辐射放大(Amplified spontaneous emission，ASE)噪声。然而，光纤放大器有限的增益带宽会严重阻碍脉冲自相似演化进程，劣化脉冲形状和啁啾。现有飞秒激光自相似放大器多采用长光纤(≥6m)以提高增益带宽，但却由此增加了受激拉曼散射和ASE噪声，限制了输出功率和信噪比。此外，现有低噪声光纤放大器大多采用主动反馈控制环路来稳定放大器泵浦LD电流，以此有效减小放大过程的附加噪声，但此类方法只在低频区有明显效果，无法实现对高频噪声的有效抑制，限制了飞秒激光的动态同步应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，本发明提出一种光纤飞秒激光放大器，通过预啁啾管理，降低了信号噪声。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于预啁啾管理的低噪声光纤飞秒激光放大器，包括掺镱光纤色散管理锁模激光器、干涉频谱滤波器、光栅对负色散延迟线、掺镱光纤放大器和光栅对脉冲压缩器；

掺镱光纤色散管理锁模激光器生成呼吸孤子脉冲序列；

干涉频谱滤波器调整呼吸孤子脉冲序列的中心波长，使之位于掺镱光纤放大器的增益谱中心，得到调整后呼吸孤子脉冲序列；

光栅对负色散延迟线向调整后呼吸孤子脉冲序列引入负啁啾，得到带有负啁啾的种子脉冲；

掺镱光纤放大器对种子脉冲进行自相似放大，得到抛物线形脉冲；

光栅对脉冲压缩器压缩抛物线形脉冲，得到放大后的飞秒激光脉冲。