[发明专利]锁模激光器的正弦相位调制

说明书

一种超快锁模激光器，包括电路，该电路被设置成通过驱动波形驱动锁模激光器中的电光调制器(EOM)，该驱动波形是相位相干的正弦波形，其频率等于该锁模激光器的重复频率，或者，该驱动波形是相位相干的脉冲波形，其频率等于该锁模激光器的重复频率，或者，该驱动波形是相位相干的正弦波形，其频率等于该锁模激光器的重复频率的一半。

相关申请的交叉引用

本申请是2018年5月22日递交的美国专利申请第15/986,518号的部分延续申请，该申请要求2017年5月23日递交的美国临时专利申请第62/510,072号的优先权。美国专利申请第15/980,518号以及美国临时专利申请第62/510,072号的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及激光器调制技术。更具体地，本发明涉及使用以频率和相位相干的AC波形驱动的电光调制器(EOM)，对超快锁模激光器进行调制。

背景技术

锁模激光器

锁模技术是一种光学技术，可以使激光器产生持续时间极短的皮秒级(10^-12s)脉冲或飞秒级(10^-15s)脉冲。

该技术的基础是在激光器谐振腔的纵向模式之间引入固定的相位关系。该激光器被称为“锁相”或“锁模”激光器。这些模式之间的干涉导致激光以脉冲序列的形式产生。根据激光器的特性，这些脉冲的持续时间可能非常短。例如，通常人们知道，超快锁模激光器能够产生脉冲持续时间小于皮秒甚至短至几飞秒的脉冲的激光。该脉冲序列通常在50-100MHz的重复频率范围内，并且占空比小于0.01％或更低。

电光调制器(EOM)

电光调制器(EOM)是一种光学装置，其中具有电光效应的信号控制元件用于调制光束。可以对光束的相位、频率、幅度，或偏振施加调制。

最简单的EOM由诸如铌酸锂之类的晶体组成，该晶体的折射率是局部电场强度的函数。这意味着，若将铌酸锂晶体暴露于电场中，光将以更慢的传播速度通过该晶体。但是，离开晶体时光的相位与光通过晶体所需的时间长短成正比。因此，可以通过改变施加至晶体的电场来控制离开EOM时激光的相位。

将此相位变化与在晶体前后的偏振器结合作用，可实现幅度调制。当使用EOM作为幅度调制器时，该结构通常具有两个互相正交排列的晶体。这有助于减少热漂移。图1示出了EOM幅度调制器的示例结构。

电光幅度调制器可以是普克尔斯盒型调制器，它由两个匹配的铌酸锂晶体110、120组成，并封装在带有RF输入连接器的紧凑型外壳中。向晶体施加电场会引起折射率的(寻常和非寻常)变化，从而产生与电场有关的双折射，从而导致光束的偏振态发生变化。该电光晶体充当可变波片，其延迟线性地基于所施加的电场。通过置于出射处的线性偏振器140，通过该偏振器的光束强度随着所施加电压的线性变化而呈正弦变化。

电光相位调制器在线性偏振的输入光束上提供可变的相移。在一个实施例中，输入光束被线性偏振器130沿垂直方向，即晶体的Z轴，线性偏振。在RF输入150处的电压跨Z轴电极160施加，引起晶体的非寻常折射率变化，从而导致光信号发生相移。

DC调制

当前普遍使用两种DC控制方法用于锁模激光器的幅度调制。

现有技术使用高压/大功率DC耦合线性放大器已实现了～DC-1MHz调制控制。这种方法可以控制10到100个激光脉冲过程中的任何输出强度水平。图2示出了线性放大器的示意图。