[发明专利]一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法及装置，压缩方法中将光脉冲沿着两个具有不同周期的异质结构波导阵列界面传播，选择不同间距和弱耦合参数的单模波导组成的阵列，组合可编程相位元件对光束进行相位补偿，从而对输入的光脉冲进行频域展宽和时域压缩。异质结构波导阵列采用砷化铝镓波导阵列界面，压缩装置包括异质结构波导阵列，所述异质结构波导阵列为具有不同间距和弱耦合参数的单模波导组成的阵列。本发明光脉冲经过异质结构波导阵列，输出功率谱比用均匀波导元件时的功率谱均匀，压缩比大，可以得到更窄的飞秒激光脉冲。

技术领域

本发明涉及超短超强激光脉冲压缩技术，具体涉及一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法及装置。

背景技术

飞秒激光技术随着科学技术的进步，在不断的发展，其脉宽越来越短，脉冲的峰值功率越来越大。飞秒激光持续的时间极其短，只有几个到几百个飞秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲还要短几千倍；飞秒激光具有非常高的瞬时功率，可以达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要高出上百倍；飞秒激光能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高，而其中许多的极端物理条件是地球上所不存在的，以及用其他的方法也不可能得到的。飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性，它在疾病早期诊断、医学成像和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。

超短脉冲在放大之前，展宽器将脉冲展宽到原来的10³-10⁴倍，展宽的程度由克服光束对光学元件的损坏和非线性引起的脉冲波形畸变决定的。脉冲展宽后峰值强度降低，然后再送入放大器进行放大。此时脉冲强度大幅降低，所以能够有效地放大其能量而不会损坏光学元件，直到其峰值强度接近放大器系统的损坏阈值为止。当放大完成后，在空间上将脉冲扩束以降低其峰值强度，然后送入脉冲压缩器在时间上将脉冲压缩回原来的脉冲宽度，而得到极高峰值功率的超短激光脉冲。传统的脉冲压缩的实现通过两个进程：光脉冲首先在具有非线性和正常色散的同质(或单一波导)光学元件中，进行时域和频域展宽，然后通过反常色散元件在时域压缩，比如一对光栅或棱镜(例如那些用在钛宝石的固态激光器)。然而，在这种方法第一个过程中，功率谱随波长的变化而剧烈变化，这不利于脉冲压缩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法及装置，光脉冲经过异质结构波导阵列，输出功率谱比用均匀波导元件时的功率谱均匀，压缩比大，可以得到更窄的飞秒激光脉冲。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法，所述压缩方法中将光脉冲沿着两个具有不同周期的异质结构波导阵列界面传播，选择不同间距和弱耦合参数的单模波导组成的阵列，组合可编程相位元件对光束进行相位补偿，从而对输入的光脉冲进行频域展宽和时域压缩。

如上所述的一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法，所述异质结构波导阵列采用砷化铝镓波导阵列界面，光脉冲在第n波导处遵循公式I：

其中：U_n为光脉冲功率，P为输入的峰值功率，C_n是第n波导和n+1波导之间的线性耦合强度，A_eff为每个波导的有效横截面积，β₂为群速度色散，k₀和n₂为自聚焦克尔系数。

如上所述的一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩方法，选择不同间距D₁和D₂的单模波导，光脉冲功率谱压缩后的输出公式为II：

其中：|U(ω)|为功率谱,ω₀为中心频率，φ(ω)为频谱相，U₂₁为光脉冲功率。