[发明专利]中红外超短脉冲激光光源

说明书

本发明一种中红外超短脉冲激光光源，该光源采用全保偏结构的主从激光器，受益于其中保偏光纤的偏振态稳定，可使主从激光器的抗干扰能力强，实现长时间稳定运行；主从激光器采用主从注入式全光被动同步，免除了电子学器件和复杂的反馈控制，能够获得飞秒量级的高精度时间同步；主从激光器腔内采用光栅对来控制腔内色散量，可对同步光源进行精密的时频域控制，可以实现对输出脉冲宽度和频谱宽度的精密调节，进而优化非线性转换效率，提高能量利用率，获得更高功率的中红外激光输出。

技术领域

本发明涉及中红外激光技术，特别涉及一种中红外超短脉冲激光光源。

背景技术

中远红外波段不仅包含许多重要分子振转能级跃迁的特征谱线，是分子的指纹光谱区，而且涵盖地球大气的透射窗口，在材料加工、光谱探测、红外遥感、医疗卫生、光谱分析、军事对抗以及大气通信等领域有着重要的应用价值和前景。

近年来，固体激光器发展迅速，但是在中红外波段直接产生激光辐射的增益介质仍然受到很大限制。因此，将非线性光学频率转换应用于中红外产生的方法应运而生，例如光参量振荡器(OPO)，光参量放大(OPA)以及差频产生(DFG)等。其中，DFG是一种高效且颇具竞争力的技术，其过程不需要谐振腔，也没有参量过程所需要的较高阈值，且输出波长宽带可调谐，结构简单，运行稳定。

上述方法中，如何获得两个时间同步的双色激光光源是关键。现有技术通过两种方式获得同步光源，一种是通过强度调制连续光源来获得稳定的同步脉冲，但是受限于调制器带宽，这种方式输出的脉冲仅为纳秒量级，无法产生亚皮秒量级的超短脉冲；另一种是通过锁相环反馈技术能够同步两台独立超短脉冲激光器，但是依赖于复杂的控制系统，易受到光电探测器、混频器、滤波器等器件的影响，无法获得长期稳定的同步运行。

此外，现有的基于超连续谱展宽的全光方法，能够避免上述的问题，获得高稳定的自同步超短脉冲输出，但是这种方法面临着光谱密度低和相干性差等问题。

因此，发展一种具有长期运行、偏振稳定、时频域控制、抗干扰能力强等优点的中红外超短脉冲激光光源是当前亟待突破的研究难题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提供了一种中红外超短脉冲激光光源，该光源具有长期运行、偏振稳定、时频域控制、抗干扰能力强等优点。

为此，提供了一种中红外超短脉冲激光光源，

包括主激光器、从激光器和二阶非线性介质，主激光器输出的泵浦光脉冲和从激光器输出的闲频光脉冲汇合于二阶非线性介质中，从而产生中红外超短脉冲；

主激光器内部对泵浦光脉冲进行分束，分束后的一部分脉冲即为所述从激光器输出的泵浦光脉冲；从激光器具有非线性环路镜，所述闲频光脉冲和主激光器分束后的另一部分脉冲分别被注入所述环路镜中；

环路镜的内部光路中串接有用于提供环路镜内顺时针脉冲与逆时针脉冲之间相位差的相移器；

环路镜的入射端光路上具有用于调节腔内色散的光栅对、用于调节激光脉冲重复频率的延时器和用于把脉冲反射回环路镜内的反射镜，从所述内部光路进入所述入射端光路的脉冲依次穿过光栅对、延时器后被从反射镜反射，或依次穿过延时器、光栅对后被从反射镜反射；

在主激光器中、从激光器中及其两者之间，连接在各器件之间的光纤均为保偏光纤。

进一步地，主激光器与从激光器两者输出的脉冲宽度相等。

进一步地，环路镜的内部光路上具有噪声脉冲，环路镜的入射端光路上具有用于控制从激光器输出带宽与中心波长的噪声脉冲在从可调谐滤波器和光栅对的共同作用下变成所述闲频光脉冲并实现所述脉冲宽度相等。

进一步地，除却入射端光路上无延时器外，主激光器的内部结构与从激光器的内部结构相同。