[发明专利]基于主动调制脉冲非线性放大的太赫兹光谱实时分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于主动调制脉冲非线性放大的太赫兹光谱实时分析方法，属于超快光电子学技术领域。

背景技术

异步光学取样太赫兹(太赫兹)光谱分析方法是最近发展起来的具有竞争力的太赫兹光谱分析方法。其基本工作原理是将光学频率下转换至射频频率实现快速探测。利用二台重复频率精确锁定但略有差别的飞秒激光分别作为太赫兹泵浦和探测光，无需复杂的扫描即可非常方便地通过控制飞秒脉冲时延获取周期性超快光学取样，极大地缩短光谱分析的时间。

目前对激光系统中重复频率的调制主要是被动式调节，通过压电陶瓷的电致伸缩控制激光谐振腔的腔长从而控制激光器的重复频率。这种方法在应用过程中存在一些缺点：比如需要高操作电压、对工作环境要求高，长期稳定差等等。

发明内容

本发明针对传统异步光学取样过程中，激光光源对环境要求高、长期稳定性差等不足，提出一种主动式调制放大制备重复频率精确锁定且有一定差值的飞秒激光光源的方法，并在此基础上完成对太赫兹光谱信息的实时分析。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于主动调制脉冲非线性放大的太赫兹光谱实时分析方法，其包括如下步骤：

S1：搭建重复频率精确锁定的第一飞秒激光光源；

S2：利用所述第一飞秒激光光源获得第一飞秒激光脉冲；

S3：利用与步骤S1和S2相同的方法搭建重复频率锁定、且重复频率与第一飞秒激光光源的重复频率有差值的第二飞秒激光光源，并利用所述第二飞秒激光光源获得第二飞秒激光脉冲；

S4：利用所述第一飞秒激光脉冲泵浦半导体天线或电光晶体，获得太赫兹脉冲；

S5：以所述第二飞秒激光脉冲为取样光，对所述太赫兹脉冲进行取样探测，实现太赫兹光谱的实时分析。

作为优选方案，所述第一飞秒激光光源和第二飞秒激光光源的搭建方法均为调制放大法。

作为优选方案，步骤S2具体包括如下操作：

将第一飞秒激光光源产生的重复频率确定的激光脉冲信号在放大激光脉冲功率后进行光谱展宽，然后依次进行非线性放大和宽光谱脉冲压缩，得到第一飞秒激光脉冲。

作为优选方案，步骤S1～S3中所使用的连续激光为同一连续激光。

作为优选方案，步骤S5中的取样探测时间由第一飞秒激光光源和第二飞秒激光光源的重复频率差值决定τ＝1/δf,其中τ为取样探测时间，δf为二飞秒激光光源的重复频率差值。

更具体地，本发明的方法包括如下步骤：

1、通过调制放大过程搭建重复频率精确锁定的飞秒激光光源，完成对激光重复频率的主动式调节。

利用信号源输出以频率f周期性变化的电信号，将此电信号作用到阶跃恢复二极管，随着输入信号的周期性变化，在负载上输出重复频率为f，脉冲宽度为阶跃恢复二极管阶跃时间t(ps量级)的电脉冲信号。将连续激光光源输出的连续激光输入强度调制器，利用产生的宽度在ps量级的电脉冲信号对强度调制器进行调制，输出重复频率与电脉冲重复频率相同，脉冲宽度与电脉冲信号宽度相似的激光脉冲信号。通过调节或锁定信号源输出电信号的重复频率f，可实现对该飞秒激光重复频率的主动调节或锁定。

2、主动调制脉冲非线性放大，利用多级级联的非线性放大，实现频谱展宽。

将产生的重复频率确定的激光脉冲信号输入多级级联放大模块，放大激光脉冲功率，然后输入光谱展宽模块，得到脉冲宽度一定、功率较高、重复频率锁定且可通过改变电脉冲重复频率进行调节的激光脉冲信号。将此激光脉冲信号输入非线性放大模块，输出足够光谱宽度、能量较高的激光脉冲。

3、主动调制脉冲非线性放大后的宽光谱脉冲压缩，获得飞秒激光脉冲。

频谱展宽放大后的脉冲，输入脉宽压缩装置，得到脉冲宽度在飞秒(fs)量级、重复频率确定的飞秒激光。

4、利用同步骤1～3相同的方式，搭建重复频率精确锁定，且与步骤1～3中的激光重复频率有差值δf的飞秒激光光源。

5、确保步骤1～3与步骤4所使用的连续激光是来自同一连续激光。这可以通过同一连续激光(窄或超窄谱线宽度的单纵模激光，如窄谱线的单纵模半导体激光)分束来实现，这样飞秒脉冲产生装置(步骤1～3和步骤4)输出重复频率分别是f和f+δf的飞秒脉冲，二个不同重复频率的飞秒激光的载波包络相位都自动一致地跟随连续激光的频率。

6、利用步骤1～3中得到的飞秒激光光源泵浦半导体天线或电光晶体，产生太赫兹脉冲。