[发明专利]一种基于三角脉冲被动成形的光纤飞秒激光产生装置和方法

说明书

本发明提供了一种基于三角脉冲被动成形的光纤飞秒激光产生装置和方法，属于超快激光技术领域。所述装置包括光纤被动锁模激光器、负色散啁啾光纤光栅、正色散非线性无源光纤、正色散光纤放大器、色散补偿器。光纤被动锁模激光器产生超短激光脉冲，该脉冲经过负色散啁啾光纤光栅变成带有负啁啾的超短激光脉冲，带有负啁啾的超短激光脉冲耦合进入正色散非线性光纤中，形成三角形窄带超短激光脉冲，三角形窄带超短激光脉冲耦合进入正色散光纤放大器中完成脉冲自相似放大演化，形成抛物线形宽带线性啁啾脉冲，宽带线性啁啾脉冲进入色散补偿器，色散补偿器补偿宽带线性啁啾脉冲在自相似放大过程中积累的正啁啾，获得傅里叶变换极限脉冲质量的飞秒激光。

技术领域

本发明涉及一种基于三角脉冲被动成形的光纤飞秒激光产生装置及方法，属于超快激光技术领域。

背景技术

飞秒(fs，10^-15s)激光的时间分辨率、相干光谱宽度、峰值功率、时间抖动等性能均优于传统激光技术，可为距离测量、时频传递、精密加工、模数转换等技术带来指标性突破，在地球物理观测、通信、雷达与导航等领域均具有重要应用前景。光纤飞秒激光技术可以克服钛宝石飞秒激光系统泵浦源昂贵、环境要求苛刻、热效应等固有缺陷，是飞秒激光实现广泛商业应用的有效途径。然而光纤细长的波导结构在带来实用化优势的同时，也突出了非线性扰动大、自发辐射放大噪声强等问题，在高增益运转下极易发生激光脉冲畸变甚至分裂。自相似放大是指脉冲在正色散增益光纤中演化成为带有线性啁啾的抛物线形脉冲，脉冲的峰值功率、时域宽度和频谱宽度延光纤长度呈现指数增长，脉冲的形状保持抛物线形不变。不同于飞秒激光直接非线性放大技术和飞秒激光啁啾脉冲放大技术，自相似放大技术主动利用光纤中的非线性效应展宽脉冲光谱，并利用正群速度色散将脉冲放大过程积累的相位线性化，从而使得脉冲光谱可以有效展宽而不发生脉冲畸变和分裂，直接输出高功率的宽光谱线性啁啾抛物线脉冲，只需采用二阶色散补偿就可以有效地压缩脉冲，得到高质量的变换极限飞秒激光脉冲，这是自相似放大技术最突出的优点。自相似放大技术充分利用了光纤作为激光增益介质的优势，是光纤飞秒激光系统性能提升的便利和有效的手段。

由于光纤放大器的增益谱形状由反转粒子数分布决定，在放大器增益一定的情况下，受到增益整形作用的影响，脉冲在光纤中自相似放大演化的速度和效果与种子脉冲波长、宽度、啁啾、形状等因素密切相关。为降低增益整形作用对自相似放大演化过程的影响，通常有两种解决方案：一种是采用较长的增益光纤，以此提高光纤放大器的增益带宽，然而当增益光纤过长时，受激拉曼散射效应将影响放大过程中的啁啾积累，进而劣化压缩后的飞秒激光脉冲质量，限制放大输出飞秒激光脉冲能量，并且增益光纤越长，自发辐射放大噪声越大；另一种解决方案是采用输出脉冲光谱形状平滑、谱宽较窄的固体锁模激光振荡器作为种子脉冲源，进而间接减小增益带宽对脉冲自相似放大演化的限制，但是该方案无法实现全光纤化，降低了光纤系统的紧凑性优势。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于三角脉冲被动成形的光纤飞秒激光产生方法和装置，缩短产生飞秒激光时自相似放大所需增益光纤长度，进而抑制受激拉曼散射效应扰动，同时降低对种子光源的性能要求，实现产生飞秒激光产生装置的全光纤化和小型化。

本发明的技术解决方案是：一种基于三角脉冲被动成形的光纤飞秒激光产生装置，该装置包括光纤被动锁模激光器、负色散啁啾光纤光栅、正色散非线性无源光纤、正色散光纤放大器、色散补偿器，其中：