[发明专利]一种利用模间拍频进行激光锁模的新技术

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种激光锁模技术。

背景技术

与连续工作的激光器相比，脉冲激光能将谐振腔内存储的能量在极短的时间内释放输出，使输出激光的峰值功率比连续激光提高了几个数量级，更能满足实际应用的要求。特别是光纤激光器的迅速发展，最近极大地推动了脉冲光纤激光器的发展，具有一定重复频率、高能量的脉冲光纤激光器已经成为当前人们的研究热点之一。锁模技术是一种获得脉冲激光器的常用技术，通过对激光进行特殊的调制，强迫激光器中振荡腔的各个纵模的相位锁定，使各模式相干叠加以得到超短脉冲的技术。激光器的锁模是获得更短(皮秒或飞秒量级)脉冲的最有效和优选的技术之一

目前的锁模技术主要分为主动锁模、被动锁模和混合锁模三类。

主动锁模时通过外界信号来周期性调制谐振腔参量，实现各个腔体纵模之间相位锁定的一种锁模技术。主动锁模激光器主要是指在激光腔内插入主动的调制器件或外界有脉冲注入，利用这些主动因素对激光腔内光波进行调制来实现锁模。主动锁模又可分为以下三类：基于调制器的锁模技术、有理数谐波锁模技术、注入型主动锁模技术。其中基于调制器锁模技术的特点是从腔外加入射频信号到腔内的调制器上，通过信号对腔体的振荡光波产生周期性的幅度或者相位调制，从而产生锁模脉冲。主动锁模的主要优点是可以产生高重复频率和频率可调谐的锁模脉冲，且易于同步。主要缺点是：腔长和折射率容易受到外界环境影响而导致腔内失谐，以及超模竞争和驰豫震荡造成的脉冲抖动产生的不稳定。主动锁模的相关参考文献有：(1)、《Electrical wavelength-tunable act ively mode-locked fiber ring laser with a linearly chirped fiber Bragg grating》IEEE Photonics Technology Letters,10(6)(1998):799-801.》，作者：Li Shengping和Chan T.。

被动锁模是一种全光非线性技术，能在腔内不用调制器之类的任何有源器件的情况下实现超短脉冲输出。其基本原理是利用光纤或其他元件中的非线性光学效应(如可饱和吸收效应)对输入脉冲强度的依赖性，实现各纵模相位锁定，进而产生超短光脉冲。用来实现被动锁模的方法通常有两种：一种是在谐振腔内加入可饱和吸收体，另一种是在腔内加入非线性光纤环形镜(NOLM)或非线性放大光纤环形镜(NALM)，利用光纤的克尔非线性效应形成快速开关使激光器处于锁模运转状态；或通过偏振控制，利用非线性偏振旋转效应产生锁模脉冲。采用被动锁模技术制作的光纤激光器因具有价格低廉、结构紧凑等优点因而在皮秒级和飞秒级光源方面有着广泛的应用。由于被动锁模产生的锁模脉冲重复频率与激光腔长成反比，要实现重复频率为GHz量级的被动锁模，需要激光腔短至厘米量级，实现较为困难。被动锁模参考文献：(1)、《Mechanical exfoliat ion of graphene for the passive mode-locking of fiber lasers》，Applied Physics Letters,99(12)(2011):121107,作者：Amos Martinez等人；(2)、《Nonlinear optical absorption of few-layer molybdenμm diselenide(MoSe2)for passively mode-locked soliton fiber laser[Invited]》，Photonics Research 3(3)(2015):A79-A86，作者：罗正钱等人；(3)、《Soliton polarization dynamics in fiber lasers passively mode-locked by the nonlinear polarization rotation technique》，PHYSICAL REVIEW E 74(2006)：046605，作者：J.Wu等人。

混合锁模就是同时结合几种不同的锁模机制以获得窄脉宽，高重复频率且稳定的孤子脉冲序列。

然而，所有这些锁模技术都需要特定的器件(例如用于主动锁模的声光调制器(AOM))，用于非线性偏振旋转镜(NPR)锁模的波片和用于被动锁模的可饱和吸收体，可能导致复杂的激光系统或成本的显著增加。而且光路系统复杂，不稳定性因素较多。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是克服背景技术中的缺陷，提供一种不需要锁模器件就能够进行激光锁模的方法。