[发明专利]利用增益调制实现脉冲激光同步的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超快激光技术方向，具体的讲是利用增益调制实现脉冲激光 同步的方法。

背景技术

当代超快激光技术的发展已经将时间尺度缩短到亚飞秒及阿秒量级，日 新月异的技术进步使产生周期量级的超短脉冲成为可能，并且已经实现对超 短脉冲的精密控制。多色激光器的同步也随着超快激光和光频的精细测量技 术的发展成为国际研究前沿。超短脉冲的精确控制技术可以应用于光学频率 合成、泵浦探测、超快光谱学、光脉冲及量子相干控制等方面。高能激光纳 秒脉冲与超短脉冲的同步是发展激光快点火、精确相干的高能激光阵列、可 锁相粒子加速激光阵列、以及同步x光和电子束所必备的。当前国际上实现 激光脉冲同步式主要有主动和被动两种方式。其中，主动方式是通过外部电 路实现两光束的同步，依靠对光电信号滤波和放大提供的反馈控制，但存在 较大的时间抖动和随机的时间延迟；被动方式是通过全光控制实现光束的同 步，其主要原理是将两束激光同时射入克尔介质中，利用介质的非线性效应， 特别是交叉相位调制技术来实现两光束的完全同步。交叉相位调制的产生是 因为两束或者更多束光场在介质中传输时，它们在介质中发生非线性相互作 用。此时光波的有效折射率不仅与此波本身的强度有关，也与同时传输的其 它光波的强度有关，光波会获得一个与多光束强度相关的非线性相位。这就 要求两同步光束的场强在非线性介质内达到可比拟的程度，致使同步激光的 脉冲宽度在很大程度上受到了限制，不能实现周期量级飞秒脉冲与皮秒脉冲， 乃至纳秒脉冲的时间同步。而且，由于在这种设计中使同一谐振腔中的两束 激光共用一个非线性介质，导致激光增益介质的增益带宽受到了极大的限制。 而且在增益介质内耦合而实现同步，增益竞争效应限制了激光运转的稳定性 和可操控行，而且激光输出光谱宽度收到了限制。

发明内容

本发明的目的是针对国际现有激光同步技术的不足之处，提出一种利用 增益调制实现脉冲激光同步的方法，该方法将宽带光谱输出的主控激光器的 输出激光进行分束，将其边带光谱成分注入作为受控环形激光器的掺镱环形 激光器中，利用激光锁模技术和腔长失匹控制技术实现主控激光和受控激光 的同步。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种利用增益调制实现脉冲激光同步的方法，其特征在于：该方法选择输 出宽带光谱激光脉冲的激光器作为主控激光器，掺镱环形激光器作为受控激 光器；首先用激光分束器将所述主控激光器输出的宽带光谱激光脉冲进行中 心光谱和边带光谱的分离，之后将所述边带光谱成分注入所述掺镱环形激光 器中，利用增益调制引入的非线性偏转效应使掺镱环形激光器输出的激光脉 冲与主控激光器输出的激光脉冲同步。

所述宽带光谱的波长范围为600-1100nm，所述边带光谱的波长范围为 1000-1100nm，所述中心光谱的波长范围为600-1000nm。

所述边带光谱成分的注入指的是边带光谱首先通过透镜耦合进入单模光 纤中，之后通过单模光纤进入受控激光器的耦合器。

所述掺镱环形激光器包括有精确平移台和安装在所述平移台上的准直器， 通过移动所述准直器改变掺镱环形激光器腔长来调节所述输出的同步激光的 脉冲宽度，使受控激光器输出的同步激光脉冲在皮秒到纳秒范围内变化。

本发明的优点是：(1)与电路控制的激光器同步控制方案不同的是，实 验中无需电路控制系统，即可实现主控-受控激光的同步，并大大降低对实施 环境的要求，具有更广泛的应用前景；(2)与双腔克尔透镜耦合的激光器同 步控制方案不同的是，双腔克尔透镜耦合的激光器同步控制方案中，两激光 腔共用同一激光增益介质，容易引起两激光器间的增益竞争和限制了激光同 步的失匹长度只能在几微米的范围。本发明中采用宽光谱的主动激光，将其 边带光谱成分注入受控激光器，因为主、受控激光器的中心波长区分较大， 从根本上避免了由增益竞争引起的同步激光器的不稳定性，激光谐振腔长度 的选择只于得到的输出脉冲宽度有关，而无需严格的腔长选择控制。

附图说明

附图1为本实施例激光同步原理图；

附图2为本实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说 明，以便于同行业技术人员的理解：