一种飞秒光纤激光器锁模状态检测装置及方法与流程

本发明属于激光技术领域，具体涉及到一种在飞秒光纤激光器运行过程中诊断其锁模状态的装置及方法。

背景技术：

飞秒光梳诞生于上世纪末，它可以简单有效的进行光学频率合成和测量，对于计量科学尤其是对于频率计量产生了极大的推动作用，直接导致了光学频率标准研究的跨越发展。随着光梳技术的发展以及各行各业对其需求的增大，基于钛宝石锁模激光器的传统光梳系统由于价格昂贵，结构复杂、体积功耗大，特别是对于维护和需要苛刻的工作环境等缺点，限制了其应用。近年来，基于光纤飞秒激光器技术的光纤飞秒光梳系统具有体积小、功耗低、稳定度高、操作性灵活等优点，在光频测量领域、超稳微波产生、大尺度空间距离高精度测量、高精度时间频率传递等领域有着广泛应用。

飞秒光梳的基础是锁模激光器，锁模状态的诊断技术是研制自动工作光梳系统的关键。尤其对于特殊场合应用的光梳系统(例如空间光梳)，传统锁模检测方法是通过光电二级管将输出光信号转换为电信号，当锁模状态出现时，会产生一个特定重复频率的周期性脉冲信号，通过动态调整比较电平值的方法来滤除掉稳定性较差的信号，从而选出稳定性较高的信号，将该信号送入计数器，如果计数结构符合设定结果即认定锁模成功。该方法仅适合脉冲宽、重复频率低的光纤飞秒光梳的锁模判断。对于面向精密测量领域的飞秒光梳来说，其具有短脉冲，高谱宽、高重复频率等特点。因此，无法采用该方法进行锁模判断。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术的不足，提供了一种结构简单、判断准确度高、可靠性高、适用性强的可应用于精密测量领域的飞秒光纤激光器锁模状态自动检测装置及方法。

解决上述技术问题采用的技术方案是：在箱体的左侧内壁中部设置有光纤准直器，箱体底部光出射方向设置有第一带通滤波片，第一带通滤波片左侧光出射方向设置有第二带通滤波片，箱体右侧内壁中部设置有光电探测器，光电探测器与电压监测单元电连接，箱体顶部设置有箱盖。

本发明的光纤准直器内设置有梯度折射率透镜，梯度折射率透镜的节距为0.23或0.29，面角度为0°或者8°，梯度折射率透镜镜面上真空蒸镀有12～18层二氧化锆或二氧化硅增透膜，增透膜光谱范围为1250～1650nm，有效焦距为1.85～1.99mm。

本发明的第一带通滤波片的中心波长为1480nm、1490nm、1500nm、1510nm，带宽为4～10nm，中心透过率为50％～90％。

本发明的第二带通滤波片的结构参数与第一带通滤波片的完全相同。

本发明的光电探测器为由铟镓砷制成的光电探测器，光敏面积为1～10mm²,波长为1000～1700nm，带宽5～100MHz。

利用本发明的装置进行飞秒光纤激光器锁模状态检测的方法，包括以下步骤：

S1、飞秒光纤激光器开机，将部分光作为监测光引入飞秒光纤激光器锁模状态检测装置；

S2、第一带通滤波片和第二带通滤波片保留判据波段激光，滤除其他波段激光；

S3、经过滤波的激光通入光电探测器，将光信号转换为电压信号；

S4、飞秒光纤激光器运行过程中电压监测单元时刻监测判据波长的电压信号；

S5、将监测判据波长的电压值与基准电压进行比较，当判据波长电压值不小于基准电压时飞秒光纤激光器处于锁定状态，否则为失锁状态，继续监测判据波长电压信号。

本发明采用了在箱体左侧内壁设置有光纤准直器将激光变成准直光，再通过第一带通滤波片和第二带通滤波片滤除其他波段激光，保留判据波段激光，设置在箱体右侧内壁的光电探测器将接收到的乐信号转变为电压信号，由电压监测单元进行判定比较，从而确定光纤激光器的锁模状态。

本发明相比于现有技术具有以下优点：解决了在精密仪器测量领域具有短脉冲、高谱宽、高重复频率特点的飞秒光纤激光器在启动时难以判断工作状态的问题，以便保证了基于飞秒光纤激光器的系统能够正常工作。本发明装置结构简单、判断准确度高、可靠性高、适用性强，尤其适合高重复频率飞秒光纤激光器的自动锁模状态判定。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是本发明的方法流程图。

图中：1、箱盖；2、光纤准直器；3、第一带通滤波片；4、第二带通滤波片；5、光电探测器；6、电压监测单元；7、箱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本发明一种飞秒光纤激光器锁模状态检测装置包括：

在箱体7的左侧内壁中部安装有光纤准直器2，将光纤内的传输光转变成准直光，光纤准直器2内安装有梯度折射率透镜，该梯度折射率透镜的节距为0.23，面角度为0°，梯度折射率透镜镜面上真空蒸镀15层二氧化锆或二氧化硅增透膜，增透膜光谱为1500～1550nm，有效焦距为1.94mm，箱体7底部光出射方向用螺纹紧固连接件固定连接安装有第一带通滤波片3，第一带通滤波片3左侧光出射方向用螺纹紧固连接件固定连接安装有第二带通滤波片4，第一带通滤波片3和第二带通滤波片4滤除其他波段激光，保留判据波段激光，本实施例的第一带通滤波片3和第二带通滤波片4的结构参数完全相同，第一带通滤波片3和第二带通滤波片4的中心波长为1510nm或1500nm，带宽为6nm，中心透过率为80％，箱体7的右侧内壁中部固定安装有光电探测器5，经过滤波的激光通入光电探测器5，将乐信号转换为电压信号，进一步地，本实施例的光电探测器5为由铟镓砷制成的光电探测器5，光敏面积为3.14mm²，波长为1400～1600nm，带宽为10MHz，光电探测器5与电压监测单元6电连接，光电探测器5将电压信号传输给电压监测单元6，电压监测单元6在飞秒光纤激光器运行过程中时刻监测判据波长的电压信号，将监测判据波长的电压值与基准电压进行比较，当电压值大于基准电压时，则激光器处于锁定状态，否则为失锁状态，继续监测电压信号，箱体7的顶部用螺纹紧固连接件固定连接有箱盖7，箱盖7用硬铝加工而成。

实施例2

在上述实施例1中，本实施例的梯度折射率透镜镜面上真空蒸镀12层二氧化锆或二氧化硅增透膜，增透膜光谱为1250～1500nm，有效焦距为1.85mm，第一带通滤波片3和第二带通滤波片4的中心波长为1480nm或1490nm，带宽为4nm，中心透过率为50％，光电探测器5光敏面积为1mm²，波长为1000～1400nm，带宽为5MHz，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

实施例3

在上述实施例1中，本实施例的梯度折射率透镜镜面上真空蒸镀18层二氧化锆或二氧化硅增透膜，增透膜光谱为1550～1650nm，有效焦距为1.99mm，第一带通滤波片3和第二带通滤波片4的中心波长为1500nm或1510nm，带宽为10nm，中心透过率为90％，光电探测器5光敏面积为10mm²，波长为1600～1700nm，带宽为5MHz，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

实施例4

在上述实施例1～3中，本实施例的梯度折射率透镜的节距为0.29，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

实施例4

在上述实施例1～3中，本实施例的梯度折射率透镜面角度为8°，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。

如图2所示，使用上述的装置进行飞秒光纤激光器锁模状态检测的方法，包括以下步骤：

S1、飞秒光纤激光器开机，将部分光作为监测光引入飞秒光纤激光器锁模状态检测装置；

S2、第一带通滤波片和第二带通滤波片保留判据波段激光，滤除其他波段激光；

S3、经过滤波的激光通入光电探测器，将光信号转换为电压信号；

S4、飞秒光纤激光器运行过程中电压监测单元时刻监测判据波长的电压信号；

S5、将监测判据波长的电压值与基准电压进行比较，当判据波长电压值不小于基准电压时飞秒光纤激光器处于锁定状态，否则为失锁状态，继续监测判据波长电压信号。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。