[发明专利]增益相关的波长受控且可调谐超短脉冲激光产生方法及装置

说明书

本发明提供了一种增益相关的波长受控且可调谐超短脉冲激光产生方法及装置，解决现有可调谐激光产生过程存在结构复杂、稳定性和可操作性差的问题。该方法通过调控掺杂镱离子增益光纤的长度来实现激光振荡腔内振荡波长的增益及损耗控制，进而达到超短脉冲激光器输出波长受控且可调谐输出；其中，掺杂镱离子增益光纤同时存在辐射特性和吸收特性。装置包括泵浦光源、依次连接构成激光振荡腔的波分复用器、啁啾光纤光栅、掺杂镱离子增益光纤、半导体可饱和吸收镜、隔离器；掺杂镱离子增益光纤的长度与超短脉冲激光器输出波长相适应，啁啾光纤光栅与波分复用器的第一信号输出端连接；波分复用器的第二信号输出端与隔离器连接。

技术领域

本发明涉及激光技术，具体涉及一种增益相关的波长受控且可调谐超短脉冲激光产生方法及装置。

背景技术

飞秒激光作为一种重要的激光技术，其由于极短的持续时间与极强的瞬时功率，在强场物理、阿秒科学、材料科学与极端制造等众多领域具有不可替代性。直到现在，科研工作者仍朝着输出更短脉冲宽度、更高平均功率、更大单脉冲能量、更强峰值功率的超快超强飞秒激光方向发展，不断地追求着超快激光的极限以满足特殊的应用需求。

波长调谐作为飞秒激光研究的一个重要方向，在时间分辨光谱学、量子光学、纳米科学及大气成分探测等领域具有重要应用价值。尤其是结构紧凑且输出参数可控的近红外波段连续可调谐飞秒激光，由于其具有低散射与组织损伤风险小等特性，可用于单细胞尺度上神经元的模拟、切除、熔接、神经组织再生与细胞融合等研究，为以神经生物学为代表的生命科学研究提供了全新手段。

目前主要有两类常用的可调谐飞秒光纤激光产生方案：

第一类，色散波产生方案，其原理为当飞秒激光脉冲在光子晶体光纤负色散区非线性传输时，入射脉冲会发生高阶孤子分裂产生拉曼脉冲，并在脉冲内拉曼散射的影响下发生自频移。当拉曼孤子受到光纤介质中高阶色散的扰动时，就会在光子晶体光纤正色散区形成色散波，产生可调谐飞秒激光输出。

然而该方案具有以下特点，首先，色散波的产生对入射飞秒激光的中心波长与光子晶体光纤参数提出了严格要求，即泵浦脉冲中心波长只能工作在光子晶体光纤的负色散区才能产生有效的色散波辐射；其次，色散波的产生机制决定了该方案只能实现波长短于泵浦波长的飞秒激光输出，缺乏灵活性。

第二类，基于自相位调制等非线性效应的光谱加宽与有效光谱选择技术的宽波段可调谐飞秒激光产生方案，其原理为当飞秒激光脉冲在光纤中非线性传输时，所产生的自相位调制与自陡峭等非线性光学效应会使入射飞秒脉冲光谱显著加宽并呈高相干性多峰状分布。光谱的多峰分布与高的相干性，使得每一波峰处的光谱都可以由具有相同中心波长和光谱带宽的滤波器过滤，获得近傅里叶转换极限的宽波段可调谐飞秒激光输出。

然而该方案中，宽波段可调谐飞秒激光的产生首先需要激光耦合进飞秒非线性光纤，经过一段距离传输后，再利用分立的空间滤波片有选择的进行光谱切片，实现可调谐超短脉冲输出。自由空间耦合及较多的分立元件引入导致系统可靠性差，并且使得产生的可调谐超短脉冲激光受限于多种因素，如泵浦激光器的功率、脉冲宽度及光子晶体光纤结构参数，缺乏灵活性。

对于上述两种激光产生方案共同的一个特点是，在产生可调谐飞秒激光的过程中，都需要独立的飞秒泵浦光源和一段非线性光纤，导致系统结构复杂、稳定性和可操作性差。

发明内容

为了解决现有可调谐激光产生过程中，需要独立的飞秒泵浦光源和一段非线性光纤，导致结构复杂、稳定性和可操作性差的技术问题，本发明提供了一种增益相关的波长受控且可调谐超短脉冲激光产生方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种增益相关的波长受控且可调谐超短脉冲激光产生方法，其特殊之处在于：通过调控掺杂镱离子增益光纤的长度来实现激光振荡腔内振荡波长的增益及损耗控制，进而达到超短脉冲激光器输出波长受控且可调谐输出；