[发明专利]基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法和系统

权利要求书

1.一种基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法，其特征在于，实现对皮秒级超短脉冲序列的幅值、相位及延迟的精确高速编程性调控，进而获得近THz带宽，相干时间达1纳秒的任意波形脉冲光，可用于原子/分子光学跃迁的量子调控；具体步骤如下：

(1)利用基于布拉格衍射的多频声光调制，将入射锁模激光束衍射到多个方向；

(2)利用长焦距、大成像视野透镜组，将多方向衍射光束转换为弱聚焦的多路平行光束，并入射于大面积光栅；

(3)在弱聚焦光的瑞利范围内对多路平行入射光同时实现高效反向衍射，再次经过所述透镜组，实现二次声光调制；

(4)利用反向衍射光在二次声光调制中的时间反演对称性，实现高效反向声光衍射及单模输出耦合，从而获得高品质空间模式,延时范围高达的多子脉冲输出，并耦合到单模器件；这里c为光速；

(5)在上述过程中，通过编程控制驱动声光调制的射频信号频率、振幅和相位，精确控制输出子脉冲序列光脉冲的相对延时、振幅及相位；

(6)同时利用连续光声光调制拍频信号实时检测子脉冲光路的相位和声光衍射效率稳定性，通过射频信号实时纠正相对相位漂移并对衍射效率实现非线性修正。

2.根据权利要求1所述的基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法，其特征在于，考虑脉宽为τ，频谱宽度Δf＝1/πτ,频谱变换极限下的锁模激光输入，通过精确编程N个等间隔延时τ_dτ的子脉冲序列，实现脉宽τ_M＝Nτ_d，τ_M＜τ_max受限于最大延时范围,调制带宽高达Δf_M≈1/πτ_d，振幅/相位任意可调的准连续激光波形输出；

利用脉宽τ_M＝Nτ_d,调制带宽高达Δf_M≈1/πτ_d,相位稳定，波形在调制带宽内任意可控的准连续激光波形输出，代替常规连续激光和低速调制激光，用于实现原子和分子的高效电偶极激发及内外量子态优化调控。

3.根据权利要求2所述的基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法，其特征在于，利用多组4F成像系统及多光栅反向衍射增大延时范围τ_max，实现纳秒级或更长的延时范围,获得GHz级或更精细的量子调控能量分辨率。

4.根据权利要求3所述的基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法，其特征在于，步骤(1)中所述利用基于布拉格衍射的多频声光调制、将入射锁模激光束衍射到多个方向，是利用多频声光调制对中心波长为λ的入射锁模激光脉冲实现多角度衍射，具体流程为：圆频率为ω_i的声波在声光晶体中驱动波数k_s,i＝ω_i/v_s的折射率光栅，v_s为晶体声速；在接近布拉格入射条件下将入射光波矢k_in移为k_out,i＝k_in+k_s,ie_y,产生衍射角度为θ_i＝ω_iλ/v_s的衍射光，e_y为y方向单位矢量；对i＝1,…,N多频声波，入射光被同时衍射到多个θ_i方向；这里声波频率ω_i完全等于射频信号的频率ω_i，由编程控制。

5.根据权利要求4所述的基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法，其特征在于，步骤(2)中所述利用长焦距、大成像视野透镜组，将多方向衍射光束转换为弱聚焦的多路平行光束，具体为：设入射高斯光束腰宽为w，透镜组的有效焦距为F，则经过透镜组后平行光中心位置为y_i＝sinθ_iF,弱聚焦光聚焦点处高斯腰宽为瑞利范围为