[发明专利]一种基于全保偏光纤系统的高能量飞秒780nm激光器

说明书

本发明提供了一种基于全保偏光纤系统的高能量飞秒780nm激光器。该装置包括两部分，第一个部分是啁啾脉冲放大系统，包括：种子源、时域展宽级、第一预防大级、降频级、第二预防大级、主放大级、压缩级。各级按顺序连接；第二部分是倍频系统。光纤激光器采用带尾纤输出的激光二极管作为泵浦源、采用掺杂光纤作为增益介质，产生的光在光纤内部传输，环境适应力强，且从光纤内输出的光有着优异的光束质量，有利于提高非线性晶体的转换效率。解决了传统固体激光器输出光束质量差，转换效率低的问题。

技术领域

本发明属于激光器领域。

背景技术

CPA：啁啾脉冲放大器。

CFBG：啁啾布拉格光纤光栅

MgO：PPLN晶体：掺杂MgO的周期极化铌酸锂晶体

1981年，Caves教授首次提出“压缩态”的概念，并指出利用压缩态光场可以提高激光干涉引力波探测的灵敏度。在过去的四十年，压缩态光场不仅成功用于突破标准量子极限的引力波探测、位移测量、位相测量等量子精密测量领域，而且基于单模压缩态制备的双模压缩态和多组份纠缠态也在量子计算、量子通信等量子信息处理中扮演着重要的作用。利用飞秒或皮秒脉冲泵浦的参量下转换过程，是获得光场压缩态的重要方法之一。

作为光场压缩态的最重要组成部分，新型飞秒光源的研制，将会对整个系统的集成创新、核心技术突破起到非常重要的作用。当前，光场压缩态的泵浦源采用钛宝石飞秒激光器，与全光纤飞秒激光器相比，钛宝石激光系统还存在诸多不足：庞大的体积和重量，难以实现系统的小型化和集成化；自由空间的激光输出影响系统集成度以及应用的灵活性。

伴随着光纤激光技术的迅猛发展，目前运用被动锁模技术、啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification，CPA)技术、倍频技术已经可以实现与钛宝石激光器相媲美的超短脉冲激光输出，且系统更加紧凑，集成度更高，激光输出稳定性也更好。从目前光场压缩态应用场景以及发展趋势来看，高能量飞秒掺铒光纤激光器及其倍频系统会逐渐替代钛宝石激光器应用于光场压缩态的产生。

目前暂无公开的使用全光纤结构的高能量780nm飞秒激光器作为光场压缩态泵浦源的装置和方案。一般而言，传统的光场压缩态泵浦源大多采用全固态激光器，这类激光器系统较为庞大，容易受到外部环境的干扰，且整机成本高昂。同时，此类激光器需使用复杂庞大的水冷系统以及大量的空间元器件，不利于系统的封装集成。

另外，目前现有的全光纤结构的780nm飞秒激光器，使用的放大器大多数都是由非保偏光纤制造，其结果是放大激光器的偏振对振动、运动和温度变化很敏感。因此，并不能保证这种780nm飞秒激光器的长期稳定性。利用全偏振保持(all-PM)光纤构建1560nm飞秒系统是提高偏振稳定性和稳定780nm飞秒激光输出的有效方法。到目前为止，只有少数已发表的论文报道了使用基于全保偏光纤系统的飞秒780nm激光器，但是单脉冲能量都在几十nJ量级，难以满足目前应用的需求。

在采用全固态激光器作为光场压缩态的泵浦源时有着如下的缺点：

1)体积庞大、结构复杂、不利于光源的小型化、集成化。

2)需使用大量的空间元器件，容易受到外部环境的干扰，仍停留在实验室阶段，不满足特殊环境的应用需求。

3)全固态激光器在高功率运转时热效应显著，晶体内会出现热透镜效应等问题，输出激光的光束质量会严重劣化，不利于非线性频率变换过程，导致转换效率低。

发明内容

本发明解决如下问题：

1)解决传统全固态激光器体积庞大、结构复杂的问题。光纤具有良好的柔韧性，可将其盘绕在一个小体积的盘内，极大的减少空间体积，有利于小型化、集成化；同时，由于光纤有着极大的表面积/体积比，散热性能优异，因而无需庞大复杂的散热装置，有利于做到低成本、小体积；