CN107210572A - 激光脉冲拾取*** - Google Patents

Abstract

一种锁模激光器为具有至少一个偏振器的脉冲拾取器提供沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串。与所述种子光束光通信连接的法拉第旋转器将所述种子光束旋转约45°。双传声光调制器(AOM)接收穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束。反射器将所述第一传一阶光束反射至所述声光调制器以用于第二传。所述调制器将所述光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子基本在相同的路径上传播，但是方向相反。

Description

激光脉冲拾取***

技术领域

本发明涉及一种提供超短快速脉冲的***及方法，该脉冲具有特定的重复率以及优化的背景和侧脉冲对比度。

背景技术

基于主控振荡器功率放大器的高脉冲能量***通常需要通过脉冲拾取机构将振荡器的重复率降低至特定用户频率。脉冲拾取通常是采用一对普克尔盒来实现，普克尔盒是一种电光设备，当接通高电压(几千伏)时，其可使激光光束发生偏振迟滞。为了形成短脉冲，连接至电光晶体的高电压信号必须快速地打开并关闭。上升时间可调节为3-5微秒的数量级，但是为了使脉冲的下降时间与上升时间相同，有时需要使用第二个普克尔盒。采用普克尔盒，脉冲拾取重复率可调节为大约1MHz。

尽管很有效，但是由于多种原因本文并不采用这种脉冲拾取方法。首先，一对高速普克尔盒和相应的高速/高压电子设备并不是随手可得的“现货”***并且必须要专门设计和搭建。这些设备不但贵，而且使用高压电子设备会增加安全性和可靠性方面的担忧。

一种通过高重复率振荡器的输出来产生一阵脉冲的替代方法是通过使用声光调制器(AOM)来实现。AOM通常也称为布拉格盒，其工作原理为声光效应，其中传播穿过晶体或液体的声波会导致折射率发生很小的变化。这种变化表现为穿过介质的光波，作为正弦光栅，其波长等于声波波长。因此，在声波存在下，入射光会被衍射。取决于AO材料的光学和声学特性，这会产生两种工作机制：各项同性的或各向异性的。各项同性的相互作用不会改变光束的偏振，此时AOM工作在拉曼-纳斯或布拉格区间，其中大部分入射光可衍射成一阶。各向异性的AO相互作用会改变光束的偏振，从而得到单个衍射阶数，与各项同性的AO相互作用相比，其具有更高的效率和更大的声光带宽。

AOM设备的一些特性对于脉冲拾取应用来说是很重要的。AOM设备的衍射效率代表入射光衍射成一阶的百分比。好的转换效率可将低发散度的入射光的约90％的零阶光束功率转换成一阶光束功率。典型的衍射效率为80％左右。当聚焦光束用到AOM中时，因为光波和声波件的发散度失配，衍射效率会下降。而且，将入射光聚焦会提高风险，即便是对于相对低功率的激光器来说，这也会产生光学破坏。然而，这种类型的AOM的更快的响应是一种便捷、有用的特性，可使这种聚焦型的AOM普遍用在脉冲拾取机构中。

响应时间是由声波穿过光束所需的时间决定。除了AOM中的光束斑点尺寸之外，AOM RF驱动器的响应和入射激光光束特性也会影响AOM的总体响应时间。假设光束的束腰直径为D，响应时间由光束直径与材料中的声速v间的比值决定。

可选择不同的材料用在AOM设备中，这取决于所需的特定的上升时间和入射功率。声速的典型值为4.21mm/μs(TeO₂)，3.63mm/μs(PbMoO₄)以及5.96mm/μs(石英玻璃)。

将所需频率的单脉冲分离的能力是脉冲拾取应用中的重要因素。为了成功地将单脉冲从振荡器脉冲串中分离，需要AOM的上升时间更快，因此应该在AOM中采用更小的光斑尺寸。在AOM中采用具有小直径的光束会带来一系列的限制和缺陷。由于反射效率对光传输方向的角度依赖性，当光束在AOM中聚焦得太紧密时，正如上面提到的，衍射效率会下降，并且光束的特性会失真。

当选择具有低重复率的单脉冲时，脉冲的能量很小，因此需要进一步放大。当施加的RF频率关闭时-也称为背光，为了获得有用脉冲拾取信号，穿过AOM的任何数量的光均会在下流光设备中放大并且增益会下降。可通过近似地选取RF驱动器的消光比来使背光最小化，消光比是指最大RF输出与最小输出的比值。通常，大多数RF驱动器的消光比可达40-45dB，这对于某些应用来说是不足够的。而要达到更高的RF消光比是很困难的，这使得当消光比很差时，降低背光就需要付出非常昂贵的代价。

在脉冲拾取机构中，背景对比度并不是唯一一个需要优化的参数。由于AOM的响应时间，会出现先于主脉冲的小的前脉冲和紧随主脉冲之后的小的后脉冲。侧脉冲对比度表示主脉冲的峰值强度和任何低位前脉冲或后脉冲的强度之间的比值，为了在后面的级中进行有效放大，需要将这一比值最小化。

为了降低这些对比度，有人提出了使用两个串联的AOM来清除背景脉冲并提高侧脉冲对比度。基于这一思想的一些商业产品可用来提高AOM中的对比度。通过放置两个串联的布拉格盒，将一束光穿过这两个布拉格盒，这样可达到很高的对比度(6000:1)。由于衍射阶数的椭圆特性，为了从AOM设备中获得良好的脉冲拾取光束，光学设置就变成了一个非常具有挑战的任务。纠正这一椭圆特性，通常需要额外的元器件如柱面镜以及非常仔细的光学对齐工艺。因此，这一方法不但需要多个由额外的RF驱动器驱动的布拉格盒，还需要额外的光学元器件，这就抵消了AOM脉冲拾取器对基于EO的脉冲拾取器来说的实用性优势。参见美国专利US7907334B2。

而且，在后续级中的脉冲拾取光束的放大必须要一个合适的隔离***，用来防止设备由于自发镭射或反射而被破坏。因此，仍然需要一种简单的、结构紧凑的并且可靠的AOM脉冲拾取***，并且其部件价格低，这样可维持EO设备的优良的背景和前脉冲对比度。

发明内容

在本发明中，使用了一种双传脉冲拾取器声光调制器(AOM)，其中一阶第一传被反射并再次聚焦到AOM设备中，该调制器工作在布拉格区间。一阶第二传沿着与入射种子光束相同的路径传播，并且通过偏振光学组件抽取出来。

通过进一步从第一传中清除遗留的背景和侧脉冲对比度，双传声光调制器(下称AOM)解决了单传AOM脉冲拾取器中的低对比度问题。最后的对比度将增加数倍，高达第一传的对比度的平方的总和。由于双传结构中的对比度大幅提高，AOM中的光束尺寸可以增大，因此可提高总体衍射效率和对齐灵敏度。能够在AOM中将入射光束聚焦成更大光斑尺寸的另一好处就是可以减少光束特性的椭圆特性，这是声发散度和光输入发散度更好地匹配的直接结果。

在本发明中，在脉冲拾取***中使用了双传AOM。本发明提供了一种激光***，用于提供具有优良对比度和所需重复率的超短脉冲。根据本发明，锁模激光器提供沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串。提供了一种脉冲拾取器，其与所述锁模激光器光通信连接。所述脉冲拾取器包括与所述锁模激光器光通信连接的至少一个偏振器，从而提供具有预选线性偏振的种子光束。提供了一种法拉第旋转器，其与所述种子光束光通信连接，从而将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转约45°。使用了一种声光调制器(AOM)，其工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束。提供了一种反射器，其与所述一阶第一传光束光通信连接，从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器。所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束在基本上相同的路径上传播，但是方向相反。所述反射器为曲面反射镜或反射镜以及聚焦透镜。所述反射器将所述一阶第一传光束引导入所述AOM中，位置与所述入射种子光束的位置基本相同。所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°，结果产生的偏振约与所述入射种子光束垂直。所述一阶第二传光束回穿所述偏振器从而将一阶第二传光束与沿着相同路径传播的所述种子光束相分离，进而从所述脉冲拾取器中移除所述一阶第二传光束，作为脉冲输出。

根据本发明的另一个方面，提供了一种半波片，其与所述调制器和法拉第旋转器通信连接。结果，所述种子光束的偏振旋转了约45°，其加上(或减去)法拉第旋转器的45°旋转，得到的总偏振约为90°或0°，这取决于所述半波片的旋转方向。优选地，然后将分离的一阶第二传光束引导入多级放大器链中。

本发明的优选实施例将在附图和例子中阐述。然而，并不能理解为本发明只是限制于这些说明性的实施例。

附图说明

图1是根据现有技术提供的激光器的示意图。

图2是根据本发明提供的激光器的示意图。

图3是根据本发明的另一实施例提供的激光器的示意图。

图4是根据本发明提供的用在所述激光器中的反射器的示意图。

图5A是在第一传中的一阶衍射光束特性图。

图5B是在第二传中的一阶衍射光束特性图。

图6是当AOM中的光斑尺寸约40μm时不同RF窗口的单传AOM脉冲拾取器的对比度图。

图7是第二传一阶衍射光束散光对逆反射镜与AOM之间的距离关系图。

图8是当AOM中的光斑尺寸约50μm时，单传AOM与双传AOM对比度的对比图。

图9是当AOM中的光斑尺寸约40μm时不同RF窗口的在MOPA中放大的单传AOM脉冲拾取器的对比度图。

图10是当AOM中的光斑尺寸约50μm时不同时序窗口的在MOPA中放大的双传AOM脉冲拾取器的对比度图。

具体实施方式

本发明提供了单个AOM，用作双传AOM。本发明提供了一种激光***，用于提供具有优良对比度和所需重复率的超短脉冲。根据本发明，锁模激光器可提供沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串，优选为激光镭射波长为1064nm的Nd:YVO₄激光器，Nd:YLF或Nd:YAG或其他所需的种子激光器。

本发明提供了一种改变锁模振荡器的重复率的装置及方法。来自锁模振荡器的具有预选线性偏振的种子光束被引导到种子光束路径上。本发明在脉冲拾取***中使用了双传AOM。本发明提供了一种激光***，用于提供具有优良对比度和所需重复率的超短脉冲。根据本发明，锁模激光器提供沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲。提供了一种与锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器。脉冲拾取器包括与锁模激光器光通信连接的至少一个偏振器，从而提供具有预选线性偏振的种子光束。提供了一种法拉第旋转器，其与种子光束光通信连接，从而将种子光束的预选线性偏振旋转约45°。声光调制器(AOM)工作在布拉格区间，布拉格区间的取向用于接收具有45°偏振的光束，声光调制器接收传播穿过法拉第旋转器的种子光束并将种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束。提供了一种反射器，其与一阶第一传光束光通信连接，从而将第一传一阶光束反射并返回至声光调制器。调制器将一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，一阶第二传光束与入射种子光束在基本上相同的路径上传播，但是方向相反。反射器优选为曲面反射镜或反射镜以及聚焦透镜。反射器将一阶第一传光束引导入AOM中，位置与入射种子光束的位置基本相同。一阶第二传光束回穿法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°，结果产生的偏振约与入射种子光束垂直。一阶第二传光束回穿偏振器从而将一阶第二传光束与沿着相同路径传播的种子光束相分离，进而从脉冲拾取器中移除一阶第二传光束，作为脉冲输出。

根据本发明的另一个方面，种子光束传播穿过法拉第旋转器和半波片从而将种子光束相对于预选线性偏振旋转90°。然后，将来自法拉第旋转器和半波片的光束聚焦成预选的光斑尺寸。聚焦的光束被引导到AOM中，该AOM的取向用于接收相对于线性预选偏振旋转了90°的种子光束的偏振，入射到AOM的预选位置上，从而通过预选光束分离将光束分离成零阶光束和一阶第一传光束。一阶第一传光束被反射回AOM中。在一阶第一传光束入射到AOM上之前，该光束被聚焦成预选光斑尺寸。聚焦的反射的一阶第一传光束入射到AOM上的与入射种子光束相同的预选位置。然后，通过预选光束分离，将一阶第一传光束分离成零阶光束和一阶第二传光束。一阶第二传光束与种子光束在几乎相同的路径上传播，只是方向相反。一阶第二传光束回穿法拉第旋转器和半波片，在此偏振没有改变，即维持相对于来自偏振器的种子光束的线性预选偏振旋转了90°。将来自法拉第旋转器和半波片的第二传一阶光束引导入偏振器从而将第二传一阶光束与种子光束相分离，进而从脉冲拾取器中抽取第二传一阶光束。优选地，将分离的一阶第二传光束引导入多级放大器链。

根据本发明的另一个方面，提供了一种与锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器。脉冲拾取器包括位于种子光束路径上的第一偏振器。第一偏振器优选为传播预选偏振的第一薄膜偏振器或格兰偏振器。提供了与种子光束光通信连接的半波片。还提供了位于种子光束路径上的法拉第旋转器，其与半波片光通信连接从而将种子光束的预选偏振旋转90°。提供了聚焦透镜，其与来自半波片和法拉第旋转器的种子光束光通信连接。

通过透镜将种子光束聚焦进入声光调制器(AOM)，优选为各项同性的AOM，工作在布拉格区间，工作频率为200MHz或更高。AOM中聚焦的光斑尺寸可在40-60μm范围内选择，而且位置是在声学设备中预选的。当RF电源开启时，种子光束转向成零阶光束和第一传一阶光束。如图6所示，对于约40μm的光斑尺寸，在单传中前脉冲对比度的从14ns RF窗口的300左右变化为16ns窗口的130左右。同时，后脉冲对比度从14ns窗口的90变化到16ns窗口的60。如果光斑尺寸更小，相邻脉冲的对比度将会进一步降低。

当它存在于AOM中后，通过布拉格角，零阶光束将会与一阶光束在空间上分离，并被束流收集器堵死。一阶单传光束就可以传播并被反射器反射到AOM中，用于第二传。例如，如图4所示，反射器可为平面镜和透镜或曲面镜。存在于AOM中后，单传一阶的光束特性展现出椭圆特性，这是由于声波和光波分散度的失配。

反射光束入射到AOM上的与入射种子光束相同的预选光斑。反射光束聚焦在AOM上的预选光斑位置，其预选光束尺寸约为40-60μm。调制器将反射的一阶第一传光束衍射成由相同布拉格角分开的零阶和一阶第二传衍射光束。一阶第二传光束与入射种子光束在相同路径上传播，只是方向相反。如图5A和5B所示，改变逆反射镜相对于AOM的位置，可提高一阶第二传的光束特性。通过轻微改变反射镜的位置可监控第二传一阶衍射光束特性。从图7中可知，在反射镜的最佳位置，第二传的散光变为零。

对于40μm的光束，在第二传中的对比度显著提高，提高的程度甚至不能衡量。因此，AOM内的光束尺寸可更大，从而双传后的对比度为满足应用所需的值。例如，如图8所示，聚焦光束尺寸可增加到50μm，而对比度可保持高于4000:1，其理论值高达第一传中对比度的平方。正如所预期的，第一传中的对比度降低到约80:1，而同时总体衍射效率增加了。

一阶第二传光束回穿聚焦透镜，进而完成准直。然后该光束穿过法拉第旋转器和半波片，在此光束的偏振相对于预选偏振旋转了90°，然后薄膜偏振器将其反射以传播出具有可变重复率的超短输出脉冲，其对比度为6000:1或更好。

根据本发明的另一方面，脉冲拾取信号在多级放大器中放大。在该实施例中，提供了第二偏振器，可为薄膜偏振器或格兰偏振器，优选为格兰偏振器，其与法拉第旋转器光通信连接，用作AOM和光学放大器之间的光隔离器。光隔离是必须的因为放大器链产生的自发镭射会朝着AOM传播，并导致设备损坏。

优选地，格兰偏振器位于聚焦透镜和法拉第旋转器之间。该聚焦透镜将一阶第二传光束准直。然后，将一阶第二传光束引导入法拉第旋转器和半波片，再引导入薄膜偏振器，薄膜偏振器再将光束引导入多级放大器链，从而放大脉冲拾取光束。

利用脉冲拾取光束抽取方法，并通过增加薄膜偏振器或格兰偏振器，就不需要使用附加级隔离。因此，该光学***就变得很耐用、可靠并且结构紧凑，并可传输具有高对比度的脉冲拾取的脉冲串。

将脉冲拾取信号放大后，对比度会变化，该变化依赖于重复率。例如，当来自一阶单传的光束入射到放大器中时，当光斑尺寸约40μm时在14ns RF窗口，前脉冲从重复率为1KHz、对比度为150:1变化为重复率500KHz、对比度将近300:1。从图9中可以看出，在单传AOM脉冲拾取器中实现了300:1的边缘对比度，当重复率降低时，对比度会下降，并且会使放大器的性能下降。

如图10所示，当在放大器级中使用双传AOM脉冲拾取器时，通过调节时序窗口，可在所有的重复率下将前脉冲的对比度提高较大的值。通常，前脉冲对比度，而不是后脉冲对比度，是一个需要优化的参数，只是因为前脉冲会大大减少主脉冲的放大器增益。对于双传放大器，前脉冲的对比度可大于9000:1，其受限于测量设备的分辨率。

双传脉冲拾取器的总体衍射效率是需要考虑的一个重要参数。由于在单传脉冲拾取器中要求很小的光束尺寸，衍射效率会下降。同时，通过增大双传型AOM中的光斑的尺寸，衍射效率可提高到与40μm单传脉冲拾取器的衍射效率相同的水平。因此，这样可实现具有高对比度的高效脉冲拾取器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种改变锁模振荡器的重复率的方法。来自锁模激光器的种子光束被引导到种子光束路径上。优选种子光束的偏振相对于预选偏振旋转90°。可选地，该光束可从该锁模激光器中传出，作为预选偏振。然后，该光束穿过薄膜偏振器，该薄膜偏振器用于传播该预选偏振从而清除除了预选偏振外的其他偏振的光束。然后，引导来自该薄膜偏振器的光束穿过法拉第旋转器和半波片，从而将预选偏振旋转90°。然后，将旋转的光束聚焦成预选光斑尺寸，范围为40-60μm。该聚焦光束被引导入单个AOM中的预选位置上，该AOM优选为工作在布拉格区间的各项同性双传AOM，从而通过预选光束分离将该光束分离为零阶光束和一阶第一传光束。该光束分离由AOM的布拉格角给出。该一阶第一传光束被反射回AOM中。在入射到AOM上作为第二传之前，反射的光束被聚焦成预选光斑尺寸，优选范围为40-60μm。聚焦的反射的一阶第一传光束入射到AOM中与种子光束相同的预选位置上，其在入射种子位置的瑞丽长度内，从而通过预选光束分离将一阶第一传光束分离成零阶光束和一阶第二传光束。优选地，零阶光束导入到束流收集器中。一阶第二传光束与种子光束在基本上相同的路径上传播，只是方向相反。然后，将一阶第二传光束导向聚焦透镜，在此光束被聚焦并基本上准直，然后引导其穿过法拉第旋转器和半波片。如上所描述的，法拉第旋转器将偏振旋转-45°，半波片将偏振旋转45°，从而偏振在该方向是没有改变，因此一阶第二传光束的偏振仍然维持为相对于预选偏振旋转了90°。来自法拉第旋转器和半波片的第二传一阶光束被引导到偏振器上，该偏振器用于反射旋转的偏振从而抽取出偏振旋转了的第二传一阶光束，作为输出光束。

可选地，如果锁模激光器的偏振没有旋转，第二传一阶光束能穿过薄膜偏振器。

优选地，脉冲拾取器的输出光束被引导到与一阶第二传光束光通信连接的多级放大器链中，从而将输出光束放大。优选地，提供了隔离器，其包括增加与法拉第旋转器和半波片光通信连接的第二偏振器。优选地，第二偏振器位于AOM和法拉第旋转器之间。还可使用光学输入偏振器，其用作过滤器，从而只允许线性偏振光进入到法拉第旋转器中。穿过法拉第旋转器之后，来自放大器的任何逆反射光束的偏振将垂直于种子光束的偏振，并会被第二偏振器拒绝接收。

参考图1，描述了现有技术原理图，用于改变种子激光器的重复率并脉冲拾取出具有高对比度的单脉冲。来自高重复率激光器102的种子由透镜104聚焦到声光调制器106中，在此光束被衍射成一阶光束132和零阶光束134。零阶光束134堵死在束流收集器136中。种子光束聚焦到AOM中，聚焦成小光斑尺寸。一阶光束132的特性可为椭圆形的并可由一对柱面镜108选择性纠正，并通过球形透镜110再次聚焦到第二AOM 112中。进入到第二AOM 112中的输入种子光束132衍射成一阶光束114和零阶光束116。零阶光束116堵死在束流收集器118中。一阶衍射光束114再次由一对镜子120引导到一对(可选)柱面镜122中并再次由球形透镜124准直。一阶衍射光束114穿过隔离***并导入到放大器***中，该隔离***包括薄膜偏振器或格兰偏振器126，法拉第旋转器128和格兰或薄膜偏振器130。

参考图2，本发明提供了一种***，用于提供具有优良对比度的超短快速脉冲，而且***的成本和占地面积是优化的。该***使用了工作在双传模式的单个AOM，用来传输高对比度和良好的衍射效率，这将在如图3所示的后续的光学级中获得有效的放大。种子光束是这样产生的：优选锁模激光器用来产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串。优选地，锁模激光器200为Nd:YVO₄锁模激光器，镭射波长1064nm。锁模激光器200提供的种子脉冲串具有预选线性偏振。可选地，光束被引导到半波片202中，在此偏振相对于所需偏振旋转了90°。然后，种子光束脉冲串被引导到薄膜偏振器204-1中，该偏振器位于种子光束路径上，处于布鲁斯特角。在图2所示的实施例中，薄膜偏振器将种子光束的偏振固定为半波片所要求的水平的，并将任何不水平的无关偏振光清除。薄膜偏振器的反射可用作用于监控种子激光器的锁模状态的信号。然后，光束穿过第二薄膜偏振器204-2，其也设置在布鲁斯特角。第二薄膜偏振器将用来将在第二传穿过AOM的一阶衍射光束分离。然后，水平偏振的种子光束被引导到半波片220中，在此其偏振旋转了45°。然后，种子光束被引导到法拉第旋转器206中，在此光束偏振又旋转了45°，从而变成垂直偏振。

然后，来自法拉第旋转器206的光束被引导到聚焦透镜208中，在此光束被聚焦成预选光斑尺寸，优选为40-60μm，并被引导到声光调制器(AOM)210中的预选光斑上，AOM工作在布拉格区间，工作频率为200MHz或更高。在AOM中聚焦的种子光束被衍射从而获得一阶第一传光束212和零阶第一传光束214。零阶光束214终止在光束堵塞器216中。对于图2所示的结构，一阶光束的对比度为80:1到400:1，优选约300:1。提供了一种反射面，优选为曲面反射镜218或如图4所示的反射镜440和聚焦透镜420，从而第一传一阶衍射光束212被聚焦成40-60μm的光斑尺寸，并被反射回来到AOM 210中的与第一传中的种子光束相同的入射光斑上。AOM 210将第二传光束衍射成第二传一阶光束224，其对比度为40000:1到90000:1。实际上，在该设备中观察到约10000:1的对比度，这是由于测量设备的限制。衍射的第二传一阶光束224与入射种子光束在相同的路径上传播。零阶第二传光束222被引导入透镜208前面的束流收集器226中。然后，一阶第二传光束224重返聚焦透镜208，在此优选光束是经过准直的，然后被引导到法拉第旋转器206和半波片220中。得到的偏振仍然是垂直的。然后，光束被引导到薄膜偏振器204-2上，该薄膜偏振器将光束反射，作为输出225。第一传一阶光束的对比度优选为300:1。一阶第二传光束224为第一传光束的平方，例如，为90000:1。

参考图3，其示出了本发明的另一个实施例。在此描述了一种***，用于提供具有优良对比度的超短快速脉冲，其中高对比度脉冲被放在MOPA***328中进一步放大。利用分离的脉冲拾取信号的几何特性，提供了分离***来防止AOM设备由于放大器级的自发镭射回传而被损坏。

提供了一种种子光束供应源，优选为用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串的锁模激光器。优选地，提供了锁模激光器300。优选地，锁模激光器300为Nd:YVO₄激光器，镭射波长为1064nm。锁模激光器300提供的种子脉冲串具有预选线性偏振。可选地，该光束被引导到半波片302中，在此偏振被旋转了90°。然后，该种子光束脉冲串被引导到薄膜偏振器304-1中，该薄膜偏振器位于种子光束路径上，处于布鲁斯特角。该薄膜偏振器将该种子光束的偏振固定为半波片所要求的水平的，并将任何不水平的无关偏振光清除。薄膜偏振器的反射可用作用于监控种子激光器的锁模状态的信号。然后，光束穿过第二薄膜偏振器304-2，其也设置在布鲁斯特角。第二薄膜偏振器将用来将在第二传穿过AOM的一阶衍射光束分离。然后，水平偏振的种子光束被引导到半波片320中，在此其偏振旋转了45°。然后，种子光束被引导到法拉第旋转器306中，在此光束偏振又旋转了45°，从而变成垂直偏振。

然后，来自法拉第旋转器306的光束被引导到薄膜偏振器或格兰偏振器330中，其允许垂直偏振通过。然后，光束被导入到聚焦透镜308中，在此光束被聚焦成预选光斑尺寸，并被引导到声光调制器(AOM)310中的预选光斑上。在AOM中聚焦的种子光束被衍射从而获得一阶第一传光束312和零阶第一传光束314。对于图3所示的结构，一阶光束的对比度为80:1到400:1，优选约300:1。还提供了一种反射面，优选为曲面反射镜318，从而第一传一阶衍射光束312被反射回来到AOM 310中与第一传中的种子光束相同的入射光斑上。AOM 310将第二传光束衍射成第二传一阶光束324，其对比度为40000:1到90000:1。实际上，在该设备中观察到约10000:1的对比度，这是由于测量设备的限制。衍射的第二传一阶光束324与入射种子光束在相同的路径上传播。零阶第二传光束322被终止在透镜308前面的束流收集器326中。然后，一阶第二传光束324重返聚焦透镜308，在此优选光束是经过准直的，然后被引导到薄膜偏振器或格兰偏振器中，优选为格兰偏振器330，进而再被引导到法拉第旋转器306和半波片320中。然后，光束被引导到薄膜偏振器304-2上，该薄膜偏振器将光束反射到多级放大器328中。第一传一阶光束的对比度优选为300:1。一阶第二传光束324为第一传光束的平方，例如，为90000:1。

从薄膜偏振器304-2中传出的反射输出光束325被输入至MOPA放大器328中放大。优选地，脉冲拾取器输出光束被引导到与一阶第二传光束光通信连接的多级放大器链中，从而将输出光束放大。提供了一种隔离***，包括法拉第旋转器306、半波片320和偏振器，优选为位于AOM和法拉第旋转器306之间的格兰偏振器330。光学输入偏振器304-1还可用作过滤器，从而只允许线性偏振进入到法拉第旋转器中。该法拉第旋转器将输入光偏振旋转45°，在此之后，它存在另一种线性偏振。现在，输出光相对于输入信号旋转了45°。在反方向上，正如其在前面的方向上一样，法拉第旋转器继续将光的偏振旋转，因此现在光的偏振相对于输入信号旋转了90°。现在，光的偏振与输入偏振器的传输轴垂直，结果，光束或者被反射或者被吸收，这取决于偏振器的类型。

如图4所示，可用平面反射器代替曲面反射镜318，优选为平面镜440和聚焦透镜420。

以上只是为了阐明本发明的原理。而且，因为本领域技术人员可以作各种变化和修改，所以上面所示的和所描述的并不是用来将本发明限制在特定的结构和工作方式，因此，所有合适的修改和替换都在本发明的范围之内。

Claims (25)

1.一种激光***，其特征在于，包括：

a)种子激光器，用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串；

b)与所述锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器；

所述脉冲拾取器包括：

i)第一偏振器，与所述锁模激光器光通信连接从而提供具有预选线性偏振的种子光束；

ii)法拉第旋转器，与所述种子光束光通信连接从而将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转约45°；

iii)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束；

iv)反射器，与所述一阶第一传光束光通信连接从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束基本上在相同的路径上传播，但是方向相反；

v)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜；

vi)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中与所述入射种子光束基本上相同的位置上；

vii)所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°并且结果产生的偏振约与入射种子光束垂直；

viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一偏振器，从而将所述一阶第二传光束与在相同路径上传播的所述种子光束相隔离，进而将所述一阶第二传光束从所述脉冲拾取器中移除，作为脉冲输出。

2.如权利要求1的激光器，其特征在于，进一步包括与所述法拉第旋转器和声光调制器光通信连接的半波片，在所述半波片中所述种子光束的偏振旋转约45°再加上或减去法拉第旋转器的45°旋转，得到的总旋转约为90°或约为0°，这取决于所述半波片的旋转方向。

3.如权利要求1的激光器，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的并先于所述种子光束入射到所述AOM上的种子光束光通信连接的第二聚焦透镜或第二透镜，从而将所述种子光束以预选的光束直径聚焦到所述AOM中。

4.如权利要求3的激光器，其特征在于，所述第二聚焦透镜或第二透镜或所述曲面镜将所述种子光束直径聚焦为40-150μm后进入所述AOM。

5.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第一传一阶光束对比度为30:1或更好。

6.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第二传一阶光束的对比度为1000:1或更好。

7.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第二传一阶光束的对比度为500:1或更好。

8.如权利要求1的激光器，其特征在于，所述第二传一阶光束的对比度为5000:1或更好。

9.如权利要求1的激光***，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述法拉第旋转器之间从而形成隔离器，以防止来自光束的反馈回传至所述第一偏振器。

10.如权利要求2的激光***，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述法拉第旋转器之间从而形成隔离器，以防止来自光束的反馈回传至所述第一偏振器，所述隔离器至少产生20db隔离。

11.如权利要求1的激光***，其特征在于，进一步包括与所述一阶第二传光束光通信连接的一个或多个放大器级，用于放大所述光束。

12.如权利要求11的激光***，其特征在于，进一步包括与从所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述法拉第旋转器之间从而形成隔离器，以防止来自光束的反馈回传至所述第一偏振器。

13.一种激光***，其特征在于，包括：

a)锁模激光器，用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串；

b)与所述锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器；

所述脉冲拾取器包括：

i)第一偏振器，用于传播沿着所述种子光束路径的预选线性偏振；

ii)与所述种子光束光通信连接的半波片以及与所述半波片光通信连接的法拉第旋转器，从而将所述种子光束的预选偏振旋转90°；

iii)与从所述半波片和所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第一聚焦透镜；

iv)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收从所述聚焦透镜中传出的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束；

v)反射器，用于反射所述第一传一阶光束并将其返回至所述声光调制器中，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传衍射光束与所述入射种子光束在相同的路径上传播，但是方向相反；

vi)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜，在此所述所述第一传一阶光束被聚焦并反射；

vii)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中与所述入射种子光束基本上相同的位置上；

viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一透镜，经所述第一透镜准直后，回穿所述法拉第旋转器和半波片，在此相对所述预选偏振，其偏转仍然保持为转动了90°，再回穿所述第一偏振器，在此所述一阶第二传光束被反射为超短输出脉冲。

14.如权利要求13的激光器，其特征在于，所述超短输出脉冲的对比度为5000:1或更好。

15.如权利要求13的激光***，其特征在于，进一步包括：

ix)与所述一阶第二传光束光通信连接的多级放大器链，用于放大所述光束。

16.如权利要求15的激光***

x)与从所述半波片和所述法拉第旋转器传出的所述种子光束光通信连接的第二偏振器，并且所述第二偏振器位于所述AOM和所述半波片及所述法拉第旋转器之间，从而将所述一阶第二传光束和来自所述第一偏振器的反馈隔离开。

17.一种用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，包括：

a)将具有预选线性偏振的种子光束从所述锁模谐振器中沿着种子光束路径引导出来；

b)引导所述种子光束通过法拉第旋转器从而将所述种子光束的偏振相对于预选偏振旋转45°；

c)将所述聚焦光束引导入AOM从而入射到所述AOM上的预选位置，从而通过预选的光束分离将所述光束分离成零阶光束和一阶第一传光束；

d)将所述一阶第一传光束反射回所述AOM；

e)将所述反射的一阶第一传光束聚焦到选定的光斑尺寸；

f)引导所述聚焦的反射的一阶第一传光束入射到所述AOM中的与所述种子光束的预选位置几乎相同的位置上，从而通过预选光束分离将所述一阶第一传光束分离成零阶光束和一阶第二传光束；所述一阶第二传光束与所述种子光束基本上在相同的路径上传播，只是方向相反；

g)引导所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器和半波片，在此其偏振仍然保持为相对于所述线性预选偏振旋转了90°；

h)将所述第二传一阶光束从所述法拉第旋转器引导至偏振器，从而将所述第二传一阶光束与所述种子光束分离，进而从所述脉冲拾取器中抽取所述第二传一阶光束。

18.如权利要求17的用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，入射到所述AOM中的几乎相同预选位置上的所述聚焦的反射的一阶第一传光束在入射光束位置的瑞利长度内。

19.如权利要求17的用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，进一步包括将所述输出光束引导入与所述一阶第二传光束光通信连接的多级放大器链中，以放大所述输出光束。

20.如权利要求19的用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，进一步包括：

ix)引导所述一阶第二传光束穿过薄膜偏振器或格兰偏振器，所述薄膜或格兰偏振器传播所述一阶第二传光束并反射来自所述第一偏振器的反馈；所述格兰偏振器与所述AOM和所述半波片及法拉第旋转器光通信连接并位于所述AOM和所述半波片及法拉第旋转器之间，从而将所述一阶第二传光束与来自所述放大器的反馈相隔离。

21.一种用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，包括：

a)将具有预选线性偏振的种子光束从所述锁模激光器中沿着种子光束路径引导出来；

b)将所述预选偏振光束穿过薄膜偏振器，所述薄膜偏振器用于传播所述预选偏振从而将具有除所述预选偏振之外的其他偏振的偏振光束移除；

d)引导来自所述薄膜偏振器的光束穿过法拉第旋转器和半波片从而将所述预选偏振旋转90°度；

e)将来自所述法拉第旋转器和半波片的所述光束聚焦成选定的光斑尺寸；

f)将所述聚焦的光束引导到所述AOM中，入射到所述AOM的预选位置上从而通过预选光束分离将所述光束分离成零阶光束和一阶第一传光束；

g)将所述一阶第一传光束反射回所述AOM；

h)在入射到所述AOM中之前，将所述反射一阶第一传光束聚焦成预选光斑尺寸；；

i)所述聚焦的反射的一阶第一传光束入射到所述AOM中与所述种子光束的预选位置基本相同的位置上，从而通过预选光束分离将所述一阶第一传光束分离成零阶光束和一阶第二传光束；所述一阶第二传光束与所述种子光束在相同的路径上传播，只是方向相反；

j)使所述第二传一阶光束准直；

k)引导所述准直后的光束穿过法拉第旋转器和半波片，所述光束的所述偏振仍然为相对于所述预选偏振旋转了90°；

l)引导来自所述法拉第旋转器和半波片的所述第二传一阶光束进入可反射所述旋转偏振的偏振器从而将所述旋转偏振的第二传一阶光束抽取出来作为输出光束。

22.如权利要求21的用于改变锁模谐振器的重复率的方法，其特征在于，进一步包括引导所述输出光束进入与所述一阶第二传光束光通信连接的多级放大器链，从而放大所述输出光束。

23.一种激光***，其特征在于，包括：

a)锁模激光器，用于产生沿着种子光束路径的高重复率种子脉冲串；

b)与所述锁模激光器光通信连接的脉冲拾取器；

所述脉冲拾取器包括：

i)第一偏振器，与所述锁模激光器光通信连接从而提供具有预选线性偏振的种子光束；

ii)与所述种子光束光通信连接的半波片和与所述半波片光通信连接的法拉第旋转器，用于将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转90°；

iii)与来自所述半波片和所述法拉第旋转器的种子光束光通信连接的第一聚焦透镜；

iv)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶光束；

v)反射器，与所述一阶第一传光束光通信连接从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束基本上在相同的路径上传播，但是方向相反；

vi)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜；

vii)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中的与所述入射种子光束相同的位置；

viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一聚焦透镜，在此聚焦所述一阶第二传光束；

ix)所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器和所述半波片，在此未改变所述一阶第二传光束的偏振；

xi)所述一阶第二传光束回穿所述第一偏振器从而将所述一阶第二传光束与沿着相同路径传播的所述种子光束分离，进而从所述激光***中移除所述一阶第二传光束。

24.一种脉冲拾取器，其特征在于，包括：

i)第一偏振器，用于接收具有预选线性偏振的种子光束；

ii)与所述种子光束光通信连接的法拉第旋转器，用于将所述种子光束的所述预选线性偏振旋转约45°；

iii)声光调制器(AOM)，工作在布拉格区间，用于接收传播穿过所述法拉第旋转器的所述种子光束并将所述种子光束衍射成一阶第一传光束和零阶第一传光束；

iv)反射器，与所述一阶第一传光束光通信连接从而将所述第一传一阶光束反射并返回至所述声光调制器，所述调制器将所述一阶第一传光束衍射成零阶第二传光束和一阶第二传衍射光束，所述一阶第二传光束与所述入射种子光束基本上在相同的路径上传播，但是方向相反；

v)所述反射器包括曲面反射镜或反射镜以及第二聚焦透镜；

vi)所述反射器将所述一阶第一传光束引导到所述AOM中的与所述入射种子光束相同的位置；

vii)所述一阶第二传光束回穿所述法拉第旋转器，在此其偏振旋转了约45°并且结果产生的偏振约与所述入射种子光束垂直；

viii)所述一阶第二传光束回穿所述第一偏振器，从而将所述一阶第二传光束与在相同路径上传播的所述种子光束相隔离，进而将所述一阶第二传光束从所述脉冲拾取器中移除，作为脉冲输出。

25.如权利要求24所述的脉冲拾取器，其特征在于，进一步包括与所述法拉第旋转器和所述声光调制器光通信连接的半波片，在所述半波片中所述种子光束的偏振旋转了约45°，再加上(或减去)法拉第旋转器的45°旋转，得到的总旋转约为90°或约为0°，这取决于所述半波片的旋转方向。