专利名称：基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置及方法
技术领域：
本发明涉及基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置及方法。
背景技术：
近年来，随着光学参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)的出现和不断发展，超短超强脉冲激光技术的研究实现了跨越式发展，美国劳仑斯.利佛莫尔实验室(LLNL)、日本大阪大学激光工程研究所(ILE)、英国卢瑟福实验室(RAL)、法国里梅尔实验室(Limeil)等都把这一技术与用于激光核聚变的高功率固体激光器相耦合，形成了全新的一代超短超强脉冲固体激光器，所获得的脉冲宽度一般为数十飞秒 数百飞秒，输出功率大多高于100TW，甚至超过1PW，聚焦功率密度高达IO19 1022W/cm2。这样的功率密度创造了实验室中前所未有的强电场、强磁场、高压强和高温度等极端物理条件，为强场物理和高能密度物理等许多领域的研究提供了强有力的工具，为科学家们探索新现象、新规律和可能的应用提供了关键技术基础和支撑。同时，超短超强脉冲激光技术的发展打开了许多与超强激光相融合的交叉学科和备受科学界关注的前沿领域，如ICF快点火、高能物理、高强度X射线辐照源、粒子加速、产生激光等离子体、产生中子、产生高次谐波、阿秒物理、天体物理等，给科学家们带来了未曾想到的一些新奇物理现象。然而，随着超短超强脉冲峰值功率的增加，强场物理实验对脉冲信噪比的要求也越来越高，尤其是当超短超强脉冲激光用于与物质相互作用有关的研究领域中时，其关键技术难题就是信噪比不高和预脉冲的存在。信噪比是指激光主脉冲峰值强度和预脉冲峰值强度或放大的自发辐射强度的比值，已经成为高功率激光系统最重要的参数之一，IO12 IO15量级的信噪比也已成为超高功率大型激光装置(拍瓦和艾瓦装置等)的重要指标。目前，一般的超短超强激光系统的信噪比都在IO6 IO8量级，从而使放大的自发辐射或预脉冲的强度高达1014W/cm2，超过了大多数物质的电离阈值(IOic1-1O11W/^!!!2)，这样在主脉冲到达之前自发辐射和预脉冲就已经改变了原始的实验条件(如产生等离子体、破坏目标物等)，从而影响作用 过程和改变作用机制，对实验结果和物理现象的分析产生重大影响。现在超短超强脉冲激光系统的信噪比问题并没有得到很好的解决，已成为制约ICF快点火等强场物理研究领域发展的瓶颈，影响着超短超强激光系统的总体性设计，是超短超强激光系统急需突破的关键核心技术之一。因此，探索全新的信噪比提升新方法和新技术就显得尤为重要。
发明内容
为了解决超短超强脉冲激光系统中的信噪比问题，本发明提供了一种基于光纤Sagnac环提高飞秒脉脉冲信噪比的装置及方法，本发明原理简单，结构紧凑，调试方便。本发明的技术解决方案是:基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置，其特殊之处在于:包括耦合器I和偏振控制器2,所述稱合器I的第一输入端11连接有输入光纤12,所述稱合器I的第二输入端41连接有输出光纤42,所述f禹合器I的第一输出端21连接有第一光纤23,所述率禹合器I的第二输出端31连接有第二光纤33,所述第一光纤23、第二光纤33以及I禹合器I围成封闭环，所述偏振控制器2设置在封闭环上。上述偏振控制器2设置在第一光纤和第二光纤的正中间。装置进行飞秒脉冲信噪比提升方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:I飞秒脉冲通过输入光纤进入耦合器；2飞秒脉冲经过耦合器后分为沿相反方向传播的第一路光22和第二路光32:所述第一路光从第一输出端输出，并沿第一光纤传输，经过偏振控制器、第二光纤绕封闭环一周通过第二输出端进入耦合器；同时第二路光从第二输出端输出，并沿第二光纤传输，经过偏振控制器、第一光纤绕封闭环一周通过第一输出端进入稱合器；3第一路光和第二路光在稱合器中发生干涉并从稱合器的第二输入端输出光脉冲，并沿输出光纤传播。本发明的优点是:1、本发明采用光纤Sagnac环提升飞秒脉冲信噪比达4个量级。2、能量损失小:本发明通过控制非线性相移和偏振可以实现高的转换效率。3、较好的光束质量:本发明米用全光纤结构,使得输出光具有较好的光束质量。4、输出脉冲时域波形良好，本发明的输出光脉冲和输入的脉冲波形相似，无畸变。
5、结构简单，方便实用，成本低，本发明整个装置采用的光纤、耦合器和偏振控制器等三中光学器件，容易采购，容易安装。
图1为本发明的原理框图；图2为本发明的结构示意图；图3为本发明的输入和输出飞秒脉冲波形图；图4为本发明的经过光纤Sagnac环(萨格奈克环)后的输出飞秒脉冲信噪比图。
具体实施例方式参见图1，本发明提供了基于光栅Sagnac环的信噪比提升系统的原理图。将飞秒脉冲注入到基于Sagnac环的信噪比提升装置中，提升信噪比后，注入到信噪比测量仪(Sequoia 1000)中测量输出脉冲的信噪比。参见图2，本发明提供了基于光纤Sagnac环的非线性光学开关提升飞秒脉冲信噪比提升装置，包括耦合器I和偏振控制器2，耦合器I的第一输入端11连接有输入光纤12，率禹合器I的第二输入端41连接有输出光纤42, f禹合器I的第一输出端21连接有第一光纤23, f禹合器I的第二输出端31连接有第二光纤33,所述第一光纤23、第二光纤33以及I禹合器I围成封闭环，偏振控制器2设置在封闭环上，一般为了使两路光的光程相等，将偏振控制器2设置在第一光纤和第二光纤的正中间，也就是第一光纤和第二光线的接头处。原理一种基于光纤Sagnac环的非线性光学开关提升飞秒脉冲信噪比的技术，采用光纤作为非线性介质，当激光器输出的飞秒脉冲在光纤中传播时产生非线性相移，通过控制偏振和非线性相移的大小，阻拦脉冲中的低强度成分(预脉冲和噪声)，使脉冲中较强的成分通过(主脉冲)，输入信号光经过稱合器被分成沿相反方向传播的两束光第一路光22和第一路光32，在封闭环中分别传播一周后经过相同的传输距离，通过偏振控制器控制它们的偏振，在光纤稱合器中发生干涉，最后经稱合器的第二输入端输出光脉冲(透射光)，一般米用光纤的非线性折射率系数为2X10_19m2/W，长度为24m。参见图3，为经过光纤Sagnac环后的输出波形图，输入光脉冲的脉宽为500fs，输出脉冲波形仍为高斯型分布，脉宽约为310fs。参见图4，经过光纤Sagnac环后输出飞秒脉冲的信噪比。利用光纤Sagnac环提升飞秒脉冲的信噪比，采用归一化的对数坐标表示输入脉冲和输出脉冲的信噪比情况，主脉冲宽度为500fs，预脉冲在主脉冲前面的2.5ps处，输入脉冲的信噪比为1(Γ2，经过光纤Sagnac环后预脉冲的强度由原来的10_2降到10_6，预脉冲的强度降低了 4个数量级。因此，采用基于光纤Sagnac环可以 将飞秒脉冲的信噪比提升4个数量级。
权利要求
1.基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置，其特征在于:包括耦合器(I)和偏振控制器(2)，所述耦合器(I)的第一输入端(11)连接有输入光纤(12)，所述耦合器(I)的第二输入端(41)连接有输出光纤(42),所述f禹合器(I)的第一输出端(21)连接有第一光纤(23),所述f禹合器(I)的第二输出端(31)连接有第二光纤(33),所述第一光纤(23)、第二光纤(33)以及耦合器(I)围成封闭环，所述偏振控制器(2)设置在封闭环上。
2.根据权利要求1所述的基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置，其特征在于:所述偏振控制器(2)设置在第一光纤和第二光纤的正中间。
3.权利要求1所述装置进行飞秒脉冲信噪比提升方法，其特征在于:包括以下步骤: I飞秒脉冲通过输入光纤进入耦合器； 2飞秒脉冲经过耦合器后分为沿相反方向传播的第一路光(22)和第二路光(32):所述第一路光从第一输出端输出，并沿第一光纤传输,经过偏振控制器、第二光纤绕封闭环一周通过第二输出端进入耦合器；同时第二路光从第二输出端输出，并沿第二光纤传输，经过偏振控制器、第一光纤绕封闭环一周通过第一输出端进入稱合器； 3第一路光和第二路光在稱合器中发生干涉并从稱合器的第二输入端输出光脉冲,并沿输出光纤 传播。
全文摘要
本发明涉及基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置及方法，包括耦合器(1)和偏振控制器(2)，所述耦合器(1)的第一输入端(11)连接有输入光纤(12)，所述耦合器(1)的第二输入端(41)连接有输出光纤(42)，所述耦合器(1)的第一输出端(21)连接有第一光纤(23)，所述耦合器(1)的第二输出端(31)连接有第二光纤(33)，所述第一光纤(23)、第二光纤(33)以及耦合器(1)围成封闭环，所述偏振控制器(2)设置在封闭环上。本发明解决了超短超强脉冲激光系统中的信噪比问题，本发明具有原理简单，结构紧凑，调试方便。
文档编号G02F1/35GK103186009SQ201110445400
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者刘红军, 孙启兵, 黄楠, 赵卫 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所