CN112688147B - 预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，包括飞秒激光振荡器模块、预啁啾管理模块、双通光纤放大器模块、脉冲压缩模块；飞秒激光振荡器模块输出的飞秒脉冲序列先经过预啁啾管理模块进行脉冲啁啾量调节，再经过双通光纤放大器模块以两次通过的方式放大功率同时展宽光谱，之后再通过脉冲压缩模块补偿色散即可压缩获得亚百飞秒脉冲。本发明方法将预啁啾放大技术与高增益特性的双通放大技术结合，使得振荡器加一级放大结构即可获得百瓦级亚百飞秒超短脉冲，大大降低了预啁啾放大装置的复杂性。

Description

预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置和***

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，特别是涉及超快光纤激光技术，具体涉及一种超短飞秒脉冲产生装置。

背景技术

由于电光转换效率高、散热性能突出、光束质量优异的特性，掺镱超快光纤激光器被广泛应用于工业精密加工，生物医学，国防航天，科学研究等领域。

为获得具有高峰值功率的脉冲又同时减小非线性累积，超快光纤激光***一般采用啁啾脉冲放大(CPA)技术。由于受限于增益介质带宽和放大过程增益窄化的限制，光纤CPA***输出的脉冲宽度通常大于200fs。非线性放大技术的提出成功突破上述增益窄化对脉冲宽度的制约，通过合理的控制非线性，***可以很容易输出小于100fs的微焦量级超短脉冲。其中，非线性放大技术中的预啁啾管理放大(PCMA)技术结合大模场光纤技术成为了获得百瓦量级亚百飞秒超短脉冲的强有力手段。但是，目前的百瓦级PCMA***一般都是基于一个数十兆赫兹重频、几十纳焦的CPA前端加棒状光纤功率放大的结构。上述CPA前端虽然可以做成全光纤化结构，但是依然包括展宽器、数级单模甚至多模的光纤预放大级以及其配套的泵浦光源和波分复用器、隔离器、合束器等，这种庞杂的光纤结构使得***复杂度大大增加。另一方面，利用可直接输出更高平均功率和脉冲能量的Mamyshev振荡器替代CPA前端成为了一种降低PCMA***复杂度的可行方法，但是Mamyshev振荡器难以自启动且本身结构复杂，因此并不是好的解决方法。

现有技术PCMA技术有如下缺点：

1、CPA前端或Mamyshev振荡器做前端，均包含众多光学器件，增加了整个***的复杂度。

2、多级预放大结构的使用恶化了整个***的稳定性。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种结构简化的基于预啁啾管理技术的超短脉冲激光放大装置，此装置结合双通方式放大结构的高增益特性和棒状光纤功率放大级，利用结构简单的锁模光纤振荡器代替现有的CPA前端，可以直接将数十毫瓦的小信号激光高质量的放大到百瓦量级，此方法大大降低了整个***结构的复杂性。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，所述装置包括：飞秒激光振荡器模块、预啁啾管理模块、双通光纤放大器模块和脉冲压缩模块；其中：

所述飞秒激光振荡器模块的输出端与所述预啁啾管理模块的输入端相连，所述飞秒激光振荡器模块用于发射超短脉冲序列；

所述预啁啾管理模块的输出端与所述双通光纤放大器模块的输入端相连，所述预啁啾管理模块用于调整输入脉冲的啁啾量；

所述双通光纤放大器模块的输出端与脉冲压缩模块的输入端相连，所述双通光纤放大器模块用于对预啁啾管理模块输出的脉冲进行两次通过式功率放大并利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱；

所述脉冲压缩模块用于对从所述双通光纤放大器模块的输出端输出的脉冲进行色散补偿。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述飞秒激光振荡器模块包括锁模光纤激光振荡器；和/或所述飞秒激光振荡器模块发射的超短脉冲序列中心波长范围为1μm～1.06μm，最优选为1.03μm；

优选地，所述锁模光纤激光振荡器的锁模方式选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜，非线性偏振旋转，非线性光学环形镜；

更优选地，所述锁模光纤激光振荡器为基于非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤振荡器。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述预啁啾管理模块包括色散调控器件；

优选地，所述色散调控器件为光栅对和/或棱镜对，更优选为光栅对。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述预啁啾管理模块还包括第一平面反射镜、角向反射镜和光学隔离器；

其中，飞秒激光振荡器模块发射的超短脉冲序列无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过角向反射镜折返并降低一定高度后再次透过色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后透过光学隔离器输出预啁啾脉冲。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述的双通光纤放大器模块包括依序排列的第二平面反射镜、第一偏振分束器、第一法拉第旋光器、第一半波片、第二偏振分束器、第一平凸透镜、棒状光子晶体增益光纤、第二平凸透镜、第三平面反射镜、第一双色镜、第二双色镜、第三平凸透镜、二极管泵浦激光源、第二法拉第旋光器和第四平面反射镜；

优选地，所述双通光纤放大器模块还包括放置在第二偏振分束器和第一平凸透镜之间的第二半波片和脉冲分离/合成器件。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述棒状光子晶体增益光纤的纤芯直径40～100μm，优选为85μm；和/或

所述棒状光子晶体增益光纤的长度60～120cm，优选为80cm。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述第一法拉第旋光器和第二法拉第旋光器的通光孔径相同；

优选地，所述第一法拉第旋光器和第二法拉第旋光器的通光孔径为2～5mm，优选为3mm。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述脉冲分离/合成器件选自以下任一种：偏振分束棱镜加延迟线、双折射晶体；

优选地，所述脉冲分离/合成器件为双折射晶体，利用双折射晶体对不同偏振方向脉冲的群速度差异将脉冲在时间上分离与合成；

更优选地，所述双折射晶体选自以下一种或多种：方解石，钒酸钇、硼酸钡，优选为钒酸钇；

进一步优选地，所述双折射晶体的厚度范围为4～10mm。

根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其中，所述脉冲压缩模块包括色散补偿器件；

优选地，所述色散补偿器件选自光栅对、棱镜对或啁啾镜；

更优选地，所述脉冲压缩模块包括第五平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜。

本发明的第二方面提供了一种预啁啾管理激光脉冲放大***，所述预啁啾管理激光脉冲放大***包括如第一方面所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置。

本发明的提供了一种紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，所述装置包括：飞秒激光振荡器模块、预啁啾管理模块、双通光纤放大器模块、脉冲压缩模块；

其中：

所述飞秒激光振荡器模块的输出端与所述预啁啾管理模块的输入端相连，所述飞秒激光振荡器模块用于发射一束超短脉冲序列；

所述预啁啾管理模块的输出端与所述双通光纤放大器模块的输入端相连，所述预啁啾管理模块由色散调控器件组成，用于调整输入脉冲的预啁啾量以优化最终的脉冲压缩效果；

所述双通光纤放大器模块的输出端与脉冲压缩模块的输入端相连；所述双通光纤放大器模块用于对预啁啾管理模块输出的脉冲进行两次通过式功率放大，并利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱；

所述脉冲压缩模块用于对从所述双通光纤放大器模块的输出端输出的脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述的飞秒激光振荡器模块为锁模光纤激光振荡器，锁模方式可以是半导体可饱和吸收镜，可以是非线性偏振旋转，也可以是非线性光学环形镜等，优选为基于非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤振荡器；

更优选地，所述飞秒激光振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1μm～1.06μm，最优选为1.03μm。

所述预啁啾管理模块中的色散调控器件为光栅对、棱镜对或为二者组合；优选为光栅对。

所述的预啁啾管理模块由反射镜和光栅对组成；

优选地，所述预啁啾管理单元包括第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅、角向反射镜和光学隔离器。

所述的双通光纤放大器模块包括依序排列的第二平面反射镜、第一偏振分束器、第一法拉第旋光器、第一半波片、第二偏振分束器、第一平凸透镜、棒状光子晶体增益光纤、第二平凸透镜、第三平面反射镜、第一双色镜、第二双色镜、第三平凸透镜、二极管泵浦激光源、第二法拉第旋光器和第四平面反射镜；

优选地，所述双通光纤放大器模块还包括放置在第二偏振分束器和第一平凸透镜之间的第二半波片和脉冲分离/合成器件。

进一步优选地，所述脉冲分离器件与脉冲合成器件由双折射晶体构成，利用双折射晶体对不同偏振方向脉冲的群速度差异将脉冲在时间上分离与合成；脉冲分离器件与脉冲合成器件内部采用级联的方式，可灵活扩展以增加脉冲分解与合成的数目；双折射晶体选自以下一种或多种：石英晶体、方解石，钒酸钇或硼酸钡；

所述脉冲压缩模块中的色散补偿器件为光栅对、棱镜对或啁啾镜；

优选地，所述色散补偿器件包括第五平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜。

基于上述装置，本发明提供了一种技术方案：

一种紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，包括：飞秒激光振荡器模块、预啁啾管理模块、双通光纤放大器模块、脉冲压缩模块；其中所述飞秒激光振荡器模块的输出端与预啁啾管理模块的输入端相连，所述预啁啾管理模块的输出端与双通光纤放大器模块的输入端相连；所述双通光纤放大器模块的输出端与脉冲压缩模块的输入端相连；

所述飞秒激光振荡器模块用于发射一束超短脉冲序列A；所述预啁啾管理模块由色散调控器件组成，用于调整输入脉冲的啁啾量并输出预啁啾脉冲B；所述双通光纤放大器模块用于对预啁啾管理模块输出的脉冲进行两次通过式功率放大，并利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱，输出二次放大脉冲D；所述脉冲压缩模块用于对从所述双通光纤放大器模块的输出端输出的脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲E。

进一步，所述的飞秒激光振荡器模块为锁模光纤激光振荡器，锁模方式可以是半导体可饱和吸收镜，可以是非线性偏振旋转，也可以是非线性光学环形镜等，优选为中心波长工作在1.03μm的非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤振荡器；

进一步，所述的预啁啾管理模块由反射镜和光栅对组成，包括第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和角向反射镜；所述第一透射光栅和第二透射光栅平行放置，且第二透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变入射脉冲的啁啾量之后，之后从光学隔离器输出预啁啾脉冲B。

进一步，所述的双通光纤放大器模块以双通方式工作，可对小功率激光信号提供足够多的增益以实现高功率的放大；具体包括第二平面反射镜、第一偏振分束棱镜、第一法拉第旋光器、第一半波片、第二偏振分束棱镜、第一平凸透镜、棒状光子晶体增益光纤、第二平凸透镜、第一双色镜、第二法拉第旋光器、第四平面反射镜、第二双色镜、第三平凸透镜、二极管泵浦激光源依序排列组成；调节所述第二平面反射镜和第一平凸透镜可将预啁啾脉冲B高效耦合进入棒状光子晶体增益光纤的纤芯之中；所述第三平凸透镜、第二双色镜、第一双色镜、第二平凸透镜用于将二极管泵浦激光源输出的泵浦光耦合进入增益光纤的的包层之中为预啁啾脉冲B提供增益；所述第二双色镜还用于将增益光纤输出的放大脉冲C与泵浦激光在空间上分离，分离后的信号脉冲经第四平面反射镜反射可实现两次经过第二法拉第旋光器并将脉冲的偏振方向旋转90度以产生一次放大脉冲序列C；所述第二偏振分束棱镜用于将再次经过棒状光子晶体增益光纤放大后的二次放大脉冲D与入射光束在空间上分离，少量未成功分离的光束经过第一半波片和第一法拉第旋光器后从第一偏振分束棱镜的反射端泄露。

进一步，所述的双通光纤放大器模块还包括放置在第二偏振分束棱镜和第一平凸透镜之间的第二半波片和脉冲分离/合成器件；调节第二半波片即可在脉冲分离器件后将预啁啾脉冲B在时间上分离成时间上独立的强度相等正交偏振的子脉冲，由于采用双通结构且第二法拉第旋光器可将脉冲偏振方向旋转90度，因此第二次反向通过脉冲分离器即可补偿脉冲间的延迟实现合成功能，即脉冲分离器件与脉冲合成器件为同一个器件。

进一步，所述脉冲压缩模块由第五平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜组成；所述第一啁啾镜、第二啁啾镜用于补偿色散压缩放大脉冲C以产生超短飞秒脉冲D。

和现有的技术相比，本发明的紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置可以具有但不限于以下有益效果：

1.结构简单，巧妙结合了预啁啾管理放大技术与双通光纤放大技术的优势，只利用一个光纤振荡器和一级棒状光纤放大器即可获得百瓦水平亚50fs的微焦级超短飞秒脉冲。

2.扩展性强，本装置兼容分脉冲放大技术，可以在现有***的基础上加入脉冲分离/合成单元以提高***的输出脉冲能量，双通结构的采用使得一套分脉器件同时兼顾了脉冲合成功能，有利于简化装置。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了基于双折射晶体的紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置。

图2示出了钒酸钇双折射晶体实现脉冲分解过程的示意图。

图3示出了实施例2中由偏振分束器件充当的脉冲分离/合成器件。

图4示出了试验例1中振荡器输出信号光经过预啁啾单元后的脉冲自相关曲线。

图5示出了试验例1中振荡器输出信号光对应的光谱。

图6示出了试验例1中棒状光纤双通放大至72W时对应的脉冲自相关曲线。

图7示出了试验例1中棒状光纤双通放大至72W时对应的输出光谱。

附图标记说明：

1、飞秒激光振荡器模块；2、预啁啾管理模块；3、双通光纤放大器模块；4、脉冲压缩模块；5、第一平面反射镜；6、第一透射光栅；7、第二透射光栅；8、角向反射镜；9、光学隔离器；10、第二平面反射镜；11、第一偏振分束棱镜；12、第一法拉第旋光器；13、第一半波片；14、第二偏振分束棱镜；15、第二半波片；16、脉冲分离/合成器件；17、第一平凸透镜；18、棒状光子晶体增益光纤；19、第二平凸透镜；20、第三平面反射镜；21、第一双色镜；22、第二法拉第旋光器；23、第四平面反射镜；24、第二双色镜；25、第三平凸透镜；26、二极管泵浦激光源，27、第五平面反射镜；28、第一啁啾镜；29、第二啁啾镜；30、偏振分束棱镜；31、四分之一波片；32、平面反射镜；33、四分之一波片；34、平面反射镜；1601、双折射晶体。

A.飞秒激光振荡器1发射的超短脉冲序列；B、预啁啾管理模块2输出的预啁啾脉冲；C、两次通过拉第旋光镜后偏振方向旋转90度的脉冲；D、双通光纤放大器模块3输出的二次放大脉冲序列；E、脉冲压缩模块4压缩输出的超短飞秒脉冲。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例用于说明本发明一种紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置的结构。图1为基于双折射晶体的紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置。它包括：飞秒激光振荡器模块1、预啁啾管理模块2、双通光纤放大器模块3、脉冲压缩模块4。

飞秒激光振荡器模块1采用空间光输出的非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤振荡器，输出的超短脉冲序列A对应的参数为：中心波长1.03μm、光谱半高宽15nm，重复频率50MHz，光斑直径1mm。超短脉冲序列A直接入射第一透射光栅6和第二透射光栅7组成的光栅对，第一透射光栅6和第二透射光栅7平行放置，且第二透射光栅7安装在精密可调位移平台上，可灵活控制光栅对间距，脉冲序列经过角向反射镜8向下折返并降低一定高度后再次返回并透过光栅对，最终在第一平面反射镜5上以45度角反射后再透过光学隔离器9，输出预啁啾脉冲B；

预啁啾脉冲B先经过第二平面反射镜10反射，然后以水平偏振全部透过第一偏振分束棱镜11，水平偏振脉冲经过第一法拉第旋光器12旋转45度再通过第一半波片13将偏振方向又转回水平方向，然后透过第二偏振分束棱镜14再由第一平凸透镜17耦合进入棒状光子晶体增益光纤18的纤芯之中。二极管泵浦激光源26输出的泵浦光通过第三平凸透镜25、第二双色镜24、第一双色镜21、第二平凸透镜19耦合进入棒状光子晶体增益光纤18的包层中提供增益。第一双色镜21用于将放大后的脉冲与泵浦光在空间上分离，放大后的脉冲经过第二法拉第旋光器22后由第四平面反射镜23反射沿原路返回，第二次通过第二法拉第旋光器22后产生的脉冲C偏振方向会旋转90度。偏振方向旋转90度的脉冲C第二次通过棒状光子晶体增益光纤18获得更高的增益，随后被第二偏振分束棱镜14反射输出产生二次放大脉冲序列D，少量非竖直偏振的光束将从第一偏振分束棱镜11的反射端泄露。棒状光子晶体增益光纤18的纤芯直径85μm，长度80cm；第一法拉第旋光器12和第二法拉第旋光器22的通光孔径均为3mm，通光表面750nm-1100nm镀增透膜，可将每次通过的光束偏振方向旋转45度。

双通光纤放大模块中还包括放置在第二偏振分束棱镜14和第一平凸透镜17之间的第二半波片15和脉冲分离/合成器件16。利用第二半波片15对脉冲偏振状态的调节可在脉冲分离/合成器件16后获得时间分离的一对正交偏振脉冲，经过棒状光子晶体光纤双通放大的脉冲偏振方向也会旋转90度，然后逆向通过脉冲分离器件即可补偿脉冲间的时间延迟达到脉冲合成的效果。

在一个优选实施方案中，脉冲分离/合成器件16选择为钒酸钇双折射晶体1601，钒酸钇双折射晶体1601的长宽厚尺寸为10mm×10mm×10mm，晶体厚度选择根据所选双折射晶体o光和e光的折射率差异及所需要的脉冲分离时间确定，例如：经晶体光学知识可知，钒酸钇双折射晶体中o光和e光对正交偏振方向的脉冲产生750fs/mm的时间延迟，假如双通放大后的脉冲脉宽为3ps，则所需的钒酸钇双折射晶体厚度至少需要4mm才能将3ps的脉冲完全分离或合成。具体的脉冲分解过程如图2所示，脉冲分解过程可以理解为：以与水平面夹角45度的线偏振脉冲经过双折射晶体后，由于双折射晶体对o光和e光的直射率存在差异即不同偏振的脉冲将产生时间走离，利用此原理就可以在时间上将一个线偏脉冲分解为一对有时间间隔的正交偏振脉冲。

双通光纤放大模块输出的二次放大脉冲序列D先经过第五平面反射镜27反射，再在第一啁啾镜28和第二啁啾镜29之间多次反射以实现色散补偿的作用，反射次数根据所需补偿的色散量确定。经过色散补偿之后便可以得到压缩后>100W，<100fs的微焦级超短飞秒脉冲E。

本实施例结合预啁啾放大技术直接产生亚百飞秒脉冲的特点和双通光纤放大的优势，使用光纤振荡器加一级棒状光纤双通放大的结构即可实现百瓦水平微焦量级小于100fs的超短脉冲输出。本发明有利于简化此种输出参数光纤激光***的装置复杂度，且兼容分脉冲放大技术有利用进一步提高***输出的单脉冲能量。

实施例2

本实施例用于说明本发明一种紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置。本实施例与实施例1不同之处仅在于双通光纤放大模块的脉冲分离/合成器件16被替换成了图3所示的结构，即利用图3所示结构同样能完成脉冲的分解与合成过程。

以脉冲分解功能为例，一个线偏脉冲以与水平面夹角45度偏振方向沿虚线箭头方向入射图3结构中，经过偏振分束棱镜30后被分解成一个水平偏振的脉冲和另一个竖直偏振的脉冲。水平偏振脉冲直接透过偏振分束棱镜30，竖直偏振脉冲在偏振分束棱镜30中反射后，先经过1/4波片31再由反射镜32反射后再次经过1/4波片31。两次经过1/4波片31后，竖直偏振脉冲变成了水平偏振脉冲直接透过偏振分束棱镜30。按照同样的过程，水平偏振脉冲先通过1/4波片33，再由反射镜34反射后二次通过1/4波片33，偏振角度转变90度变为竖直偏振脉冲，然后在偏振分束棱镜30中反射后与入射光束重合。经过这一结构一个线偏脉冲即可产生同向传播的前后两个不同偏振态的脉冲，实现脉冲分解功能。逆向使用此结构即可实现脉冲合成功能。

试验例1

本试验例用于说明本发明装置的效果。

根据本实施例的具体内容和实验装置图1，本发明人进行了初步实验验证，实验装置同样包括：飞秒激光振荡器模块1、预啁啾管理模块2、双通光纤放大器模块3、脉冲压缩模块4。与实验装置图1不同点在于，初步验证实验中双通光纤放大器模块没有第二半波片15和脉冲分离/合成器件16，但这并不影响验证本发明方法的可行性。

利用半导体可饱和吸收镜锁模光纤振荡器输出的15mW超短脉冲激光作为信号光进行双通预啁啾管理棒状光纤放大实验。

实验所用的振荡器输出参数为：平均功率15mW，重复频率44MHz，光谱半高全宽4.5nm，对应变换极限脉宽200fs。经过光栅对预啁啾单元后耦合进入棒状光纤的信号光功率约10mW，双通放大后的实验结果如图4到图7所示：

图4为振荡器输出的信号光经过预啁啾单元后测量得到的脉冲自相关曲线，预啁啾后脉冲宽度800fs。图5为对数坐标显示的图4脉冲对应的光谱曲线，半高全宽4.5nm。利用图4所示的15mW预啁啾脉冲作为信号光，将其耦合进入棒状光子晶体增益光纤18中进行功率放大，双通放大之后得到了平均功率72W的输出，增益高达37dB。图6为棒状光子晶体光纤双通放大至72W时对应的脉冲自相关曲线，曲线显示脉冲宽度43fs，相比图4而言，脉冲宽度明显减小。图7为棒状光子晶体光纤双通放大后输出72W时对应的光谱，相比图5而言，光谱宽度明显加宽。

综上，本发明人利用光纤振荡器直接输出的15mW信号光进行了棒状光子晶体光纤双通放大实验，大约10mW的信号光被直接放大到72W，增益高达37dB，压缩后脉冲宽度43fs。鉴于此，我们证实了紧凑型预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置在产生百瓦水平微焦量级亚五十飞秒超短脉冲方面的创新性和先进性。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (22)

1.一种预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述装置包括：飞秒激光振荡器模块、预啁啾管理模块、双通光纤放大器模块和脉冲压缩模块；其中：

所述飞秒激光振荡器模块的输出端与所述预啁啾管理模块的输入端相连，所述飞秒激光振荡器模块用于发射超短脉冲序列；

所述预啁啾管理模块的输出端与所述双通光纤放大器模块的输入端相连，所述预啁啾管理模块用于调整输入脉冲的啁啾量；

所述双通光纤放大器模块的输出端与脉冲压缩模块的输入端相连，所述双通光纤放大器模块用于对预啁啾管理模块输出的脉冲进行两次通过式功率放大并利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱；

所述脉冲压缩模块用于对从所述双通光纤放大器模块的输出端输出的脉冲进行色散补偿。

2.根据权利要求1所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述飞秒激光振荡器模块包括锁模光纤激光振荡器；和/或

所述飞秒激光振荡器模块发射的超短脉冲序列中心波长范围为1μm～1.06μm。

3.根据权利要求2所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述飞秒激光振荡器模块发射的超短脉冲序列中心波长范围为1.03μm；和/或

所述锁模光纤激光振荡器的锁模方式选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜，非线性偏振旋转，非线性光学环形镜。

4.根据权利要求3所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述锁模光纤激光振荡器为基于非线性偏振旋转锁模的掺镱光纤振荡器。

5.根据权利要求1所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述预啁啾管理模块包括色散调控器件。

6.根据权利要求5所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述色散调控器件为光栅对和/或棱镜对。

7.根据权利要求6所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述色散调控器件为光栅对。

8.根据权利要求5所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述预啁啾管理模块还包括第一平面反射镜、角向反射镜和光学隔离器；

其中，飞秒激光振荡器模块发射的超短脉冲序列无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过角向反射镜折返并降低一定高度后再次透过色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后透过光学隔离器输出预啁啾脉冲。

9.根据权利要求1所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述的双通光纤放大器模块包括依序排列的第二平面反射镜、第一偏振分束器、第一法拉第旋光器、第一半波片、第二偏振分束器、第一平凸透镜、棒状光子晶体增益光纤、第二平凸透镜、第三平面反射镜、第一双色镜、第二双色镜、第三平凸透镜、二极管泵浦激光源、第二法拉第旋光器和第四平面反射镜。

10.根据权利要求9所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述双通光纤放大器模块还包括放置在第二偏振分束器和第一平凸透镜之间的第二半波片和脉冲分离/合成器件。

11.根据权利要求9所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述棒状光子晶体增益光纤的纤芯直径为40～100μm；和/或

所述棒状光子晶体增益光纤的长度为60～120cm。

12.根据权利要求11所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述棒状光子晶体增益光纤的纤芯直径为85μm；和/或

所述棒状光子晶体增益光纤的长度为80cm。

13.根据权利要求9所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述第一法拉第旋光器和第二法拉第旋光器的通光孔径相同。

14.根据权利要求13所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述第一法拉第旋光器和第二法拉第旋光器的通光孔径为2-5mm。

15.根据权利要求14所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述第一法拉第旋光器和第二法拉第旋光器的通光孔径为3mm。

16.根据权利要求10所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述脉冲分离/合成器件选自以下任一种：偏振分束棱镜加延迟线、双折射晶体。

17.根据权利要求16所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述脉冲分离/合成器件为双折射晶体，利用双折射晶体对不同偏振方向脉冲的群速度差异将脉冲在时间上分离与合成。

18.根据权利要求17所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述双折射晶体选自以下一种或多种：方解石，钒酸钇、硼酸钡；和/或

所述双折射晶体的厚度范围为4～10mm。

19.根据权利要求18所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述双折射晶体为钒酸钇。

20.根据权利要求1所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述脉冲压缩模块包括色散补偿器件。

21.根据权利要求20所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置，其特征在于，所述色散补偿器件选自光栅对、棱镜对或啁啾镜；和/或

所述脉冲压缩模块包括第五平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜。

22.一种预啁啾管理激光脉冲放大***，其特征在于，所述预啁啾管理激光脉冲放大***包括如权利要求1至21中任一项所述的预啁啾管理飞秒激光脉冲放大装置。

Images