一种基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器的制作方法

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器。

背景技术：

超短脉冲激光是一种应用十分广泛的激光器，其主要特点是输出激光的峰值功率非常高、脉冲宽度非常窄(通常在皮秒和飞秒量级)。目前，能够产生超短脉冲激光的主要技术包括锁模激光技术、增益开关半导体激光技术以及激光强度调制技术。其中，锁模激光技术是获取超短脉冲激光输出最常见的方法，实现锁模的方法有很多种，但一般可以分成两大类：即主动锁模和被动锁模。主动锁模指的是通过由外部向激光器提供调制信号的途径，周期性地改变激光器的增益或损耗从而达到锁模目的；而被动锁模则是利用材料的非线性吸收或非线性相变的特性来产生激光超短脉冲。锁模技术是通过对激光腔内的各个纵模进行相位锁定，从而能获得宽度极窄的脉冲输出。但是锁模技术并不能实现多种脉冲的调谐功能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器，该器件结构简单、成本低，该系统具有单一器件的多种脉冲调谐功能。

进一步地，利用环形反馈腔的选频特性和声光移频器的移频特性，能够有效的实现输出峰值功率可调、脉冲宽度可调、重复频率可调、脉冲个数可调的超短脉冲激光。

一种基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器，包括种子激光器、种子激光开关电源、耦合器、声光移频器、光纤放大器、光纤延迟器和光电探测器；

所述种子激光器连接耦合器的一个输入端，所述光电探测器连接耦合器的一个输出端，耦合器的另外一个输入端和另外一个输出端通过光纤连接构成一个环形反馈腔；在环形反馈腔中，连接所述声光移频器、所述光纤放大器和所述光纤延迟器；

光纤放大器用于提供增益以补偿环形反馈腔的损耗；

光纤延迟器用于通过调节延迟时间，来调节环形反馈腔中光纤的长度；

声光移频器用于对环形反馈腔中的反复通过的激光进行移频；

光电探测器对从耦合器输出的光信号进行光电转换后输出；

种子激光开关电源控制种子激光器的开启与关断；工作时，先开启种子激光开关电源，耦合器输出连续光；当需要产生脉冲激光时，关闭种子激光开关电源，耦合器输出脉冲激光。

其中，通过调节光纤放大器产生的增益，调节脉冲激光的峰值功率和脉冲宽度；

通过调节光纤延迟器的延迟时间，调节脉冲激光的重复频率；

通过调节声光移频器的调制频率，改变脉冲激光的脉冲个数。

有益效果：

(1)本发明所设计的基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器，利用环形反馈腔的选频特性和声光移频器的移频特性产生可调谐的超短脉冲激光，为超短脉冲激光的产生提供了一种可行方案。

(2)本发明可以实现超短脉冲激光的输出峰值功率可调、脉冲宽度可调、重复频率可调和脉冲个数可调。

(3)本发明涉及的均是标准化光纤器件，结构简单，实现方便，成本低。

附图说明

图1为本发明的基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于环形腔的可调谐超短脉冲激光器，其工作原理如图1所示。

该器件包括种子激光器1、种子激光开关电源2、2×2耦合器3、声光移频器4、光纤放大器5、光纤延迟器6、光电探测器7和示波器8。

本实施例中，2×2耦合器3有四个端口，分为两个输入端和两个输出端，种子激光器1连接2×2耦合器3的一个输入端，光电探测器7连接2×2耦合器3的一个输出端，2×2耦合器3的另外一个输入端和另外一个输出端通过光纤连接构成一个环形反馈腔。在环形反馈腔中，连接有声光移频器4、光纤放大器5和光纤延迟器6。声光移频器4、光纤放大器5和光纤延迟器6在环形反馈腔中的位置可调。本实施例中三者顺序是声光移频器4、光纤放大器5和光纤延迟器6。

其中，光纤放大器用于提供增益以补偿环形反馈腔的损耗。

光纤延迟器用于通过调节延迟时间，来调节环形反馈腔中光纤的长度。

声光移频器用于对环形反馈腔中的反复通过的激光进行移频。

光电探测器对从耦合器输出的光信号进行光电转换后输出。

首先，开启种子激光开关电源2，使种子激光器1工作，种子激光器1产生单频连续激光，单频连续激光输入到2×2耦合器3，环形反馈腔中的器件开始工作。

2×2耦合器3输出的单频连续激光通过声光移频器4进行移频，产生移频激光。声光移频器4是利用声光互作用(主要为布拉格衍射)来获得光的移频。激光通过声光介质被超声光栅衍射，其传播方向和激光频率都将发生变化。衍射光的频率在原输入激光频率上叠加了一个超声频率，光频的改变量等于外加射频信号的频率。

接着，单频连续激光通过光纤放大器5。光纤放大器5提供增益，通过提供的增益来补偿环形反馈腔的损耗。

然后，单频连续激光通过光纤延迟器6，通过调节光纤延迟器6的延迟时间，来控制光纤的长度，实现不同的延迟时间。

在环形反馈腔中，由于声光移频器4、光纤放大器5和光纤延迟器6的位置可调，单频连续激光先通过哪个器件均可。

当所有器件稳定工作后，此时耦合器输出连续光到光电探测器。当需要产生脉冲激光时，关闭种子激光开关电源2。此时，环形反馈腔内部迅速达到增益与损耗的平衡态，同时环形反馈腔选频，满足nλ＝l的激光波长可以起振(其中，l为环形反馈腔中光纤的长度、λ为单频连续激光波长、n为整数)，起振激光相应的激光纵模间隔(其中，δf为激光纵横间隔、c为光速)。

由于声光移频器4的移频特性，当激光纵模间隔与声光移频器4的调制频率满足fa＝n·δf(其中，fa是声光移频器的调制频率、n为整数)时，声光移频器与激光纵模相匹配，将各个纵模的频率和相位锁定，达到了稳定锁模激光的作用。最终得到稳定的超短脉冲激光，此时耦合器输出脉冲激光。

当激光纵模间隔与声光移频器4的调制频率满足时，声光移频器相当于移频此时输出双脉冲激光。通过调节声光移频器4的调制频率，使得声光移频器4的调制频率与激光纵模间隔之间关系的变化，可以实现激光不同的脉冲个数。

脉冲激光的输出峰值功率是由环形反馈腔腔内的损耗与光纤放大器5产生的增益决定的，当环形反馈腔腔内损耗一定时，提高光纤放大器5的输出功率，使得环形反馈腔腔内的增益提高，输出激光功率提高，最终实现输出功率的调节。随着输出激光功率的提高，通过调节光纤放大器5的输出功率，使得产生的增益逐渐减少并与损耗达到平衡状态。

脉冲激光的脉冲宽度的调节是通过改变光纤放大器5产生的增益实现的，随着增益提高，环形反馈腔腔内能够起振的纵模增多，导致时域脉冲宽度变窄，实现脉冲宽度的调节。

脉冲激光的重复频率可调是通过改变环形反馈腔中光纤的长度实现的，即通过改变光纤延迟器6的延迟时间实现。根据环形反馈腔的选频特性，输出激光的重复频率是环形反馈腔中光纤长度的函数，通过调节光纤延迟器的延迟时间，改变环形反馈中光纤的长度，可以有效改变输出激光的重复频率。

本发明利用光学方法，采用光纤构造的环形反馈腔，利用声光移频器的移频特性和环形反馈腔的选频特性，实现稳定的超短脉冲的输出。通过调节环形反馈腔腔长、声光移频器的调制频率和光纤放大器的增益，实现输出峰值功率可调、脉冲宽度可调、重复频率可调、脉冲个数可调的超短脉冲激光。其涉及的均是标准化光纤器件，实现方便、结构简单、成本低。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。