一种超短脉冲激光产生装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光技术领域，具体涉及一种超短脉冲激光产生装置和方法。
【背景技术】
[0002]超短脉冲激光是一种应用十分广泛的激光类型，其主要特征是输出激光的脉冲宽度非常窄，通常在皮秒和飞秒量级。由于脉冲宽度窄决定了其时间分辨率非常高，通常被运用于时间分辨光谱、泵浦探测、超快动力学、精密加工等领域。目前，能够产生超短脉冲激光的主要技术包括:锁模激光技术、增益开关半导体激光技术以及激光强度调制技术。锁模激光技术是获取超短脉冲激光输出最常见的方法，该技术通过对激光腔内的各个纵模进行相位锁定，从而能获得宽度极窄的脉冲输出。但是使用这种方法产生的脉冲激光受限于重复频率和脉冲宽度无法改变的缺点，而且对于运行环境的要求也比较苛刻。增益开关半导体激光器技术采用电脉冲对半导体激光器进行调制。通常情况下，半导体激光的偏压设置在阈值附近，当另一脉冲电压信号叠加至半导体PN结时，激光器会输出弛豫振荡激光的第一个尖峰，从而获得超短脉冲输出。增益开关方法获得的脉冲激光重复频率可调，但是由于电脉冲技术发展水平的限制，输出脉冲激光的宽度较宽(一般在纳秒量级)，时间抖动较大，并且功率较低。激光强度调制技术是对连续输出激光进行强度调制从而获得超短脉冲输出，这种技术获得的激光脉冲重复频率可调，但是脉冲宽度较宽，输出功率也比较低。从上述三种现有的技术想实现重复频率可调、脉宽较窄、稳定度较高的超短脉冲激光输出是比较困难的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种超短脉冲激光产生装置和方法，提供一种重复频率可调、脉宽较窄、稳定度较高的超短脉冲激光输出装置及方法。
[0004]实现本发明目的的技术解决方案为:一种超短脉冲激光产生装置，包括半导体激光器、电脉冲驱动器、光放大器、分束器、阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元、合束器和超短脉冲输出。分束器端口为2*2，合束器端口为2*2。
[0005]阵列可变光衰减器，阵列可变光衰减器工作于分束器的输出端，用于调整所在臂光信号的幅度，使其与另一臂的光信号幅度相同。
[0006]偏振控制器，偏振控制器置于分束器输出端与合束器输入端之间，用于调节所在臂光信号的矢量方向，使其与另一臂光信号相同。
[0007]延时单元，所述延时单元用于对分束器输出端的任意一条臂脉冲光信号进行延时处理，使其与另一臂脉冲光信号产生时域上的错位。
[0008]相位调制单元，所述相位调制单元位于分束器输出端的任意一条臂光信号通路，用于对脉冲信号进行相位的翻转。
[0009]合束器，用于将经过相位调制、幅度调制、延时操作及偏振调节的两路信号光进行相干耦合。
[0010]半导体激光器输入端连接电脉冲驱动器，输出端连接光放大器，光放大器与分束器的一个输入端连接，分束器的输出端与合束器输入端连接，分束器的输出端与合束器输入端之间设有阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元，合束器的任意一个输出端连接超短脉冲输出。
[0011]经电脉冲驱动器驱动半导体激光器，直接调制并重复频率可调谐的纳秒脉冲激光，即窄脉宽脉冲激光信号，通过分束器后分为两路信号，经阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元分别进行幅度调制、偏振调节、延时操作、相位调制后进入合束器，在合束器通过干涉相消进而在超短脉冲输出产生频率可调的超短脉冲激光输出。
[0012]所述半导体激光器是光谱带宽较窄的光纤耦合输出的半导体激光器。所述电脉冲驱动器是脉冲宽度和重复频率可调的电脉冲驱动器。
[0013]上述阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元均位于分束器输出端的任意一臂。
[0014]上述阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元任意两两组合后，设置在分束器输出端不同的两臂上。
[0015]上述阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元任意三个组合后，设置在分束器输出端的任意一臂，第四个位于另一臂。
[0016]上述在合束器输入端获得幅度和矢量方向相同，相位相差π，时域上错位的两路光信号。
[0017]一种基于超短脉冲激光产生装置的超短脉冲激光产生方法，方法如下:
包括半导体激光器、电脉冲驱动器、光放大器、分束器、超短脉冲输出，还包括
阵列可变光衰减器，阵列可变光衰减器工作于分束器的输出端，用于调整所在臂光信号的幅度，使其与另一臂的光信号幅度相同。
[0018]偏振控制器，偏振控制器置于分束器输出端与合束器输入端之间，用于调节所在臂光信号的矢量方向，使其与另一臂光信号相同。
[0019]延时单元，所述延时单元用于对分束器输出端的任意一条臂脉冲光信号进行延时处理，使其与另一臂脉冲光信号产生时域上的错位。
[0020]相位调制单元，所述相位调制单元位于分束器输出端的任意一条臂光信号通路，用于对脉冲信号进行相位的翻转。
[0021]合束器，用于将经过相位调制、幅度调制、延时操作及偏振调节的两路信号光进行相干耦合。
[0022]分束器端口为2*2，合束器端口为2*2。
[0023]半导体激光器输入端连接电脉冲驱动器，输出端连接光放大器，光放大器与分束器的一个输入端连接，分束器的输出端连接阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元后再与合束器的输入端连接，合束器的输出端连接超短脉冲输出。
[0024]经电脉冲驱动器驱动半导体激光器，直接调制并重复频率可调谐的纳秒脉冲激光，即窄脉宽脉冲激光信号，通过分束器后分为两路信号，经阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元、相位调制单元分别进行幅度调制、偏振调节、延时操作、相位调制后进入合束器，通过干涉相消进而在超短脉冲输出产生频率可调的超短脉冲激光输出。
[0025]本发明与现有技术相比，其显著优点:(I)本发明通过对纳秒脉冲直接调制半导体激光器输出的光信号进行处理后，经相干相消获得超短脉冲输出，对光信号的各个参量均进行了相关处理，可控性较高，对环境的条件要求不大，从而输出信号的稳定度很好；
(2)选择的光源为电脉冲直接调制的半导体激光器，在后续结构中仅对光信号进行简单的相位调制及延时等处理，在输出端有效地保留了电脉冲驱动器重复频率可调的优点；(3)所用部件均为常见光学或电子器件，对材料的技术要求不高，结构简单、易于实现。
【附图说明】
[0026]图1为根据本发明实施超短脉冲激光产生系统的结构示意图。
图2为本发明阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元和相位调制单元的实施方式一示意图。
图3为本发明阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元和相位调制单元的实施方式二示意图。
图4为本发明阵列可变光衰减器、偏振控制器、延时单元和相位调制单元的实施方式二不意图。
[0027]图5为进入合束器的两路信号光经过相干相消后获得脉冲信号的示意图。
[0028]
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0029]一种超短脉冲激光产生装置，包括半导体激光器1、电脉冲驱动器2、光放大器3、分束器4、阵列可变光衰减器5、偏振控制器6、延时单元7、相位调制单元8、合束器9和超短脉冲输出10 ;分束器4端口为2*2，合束器9端口为2*2。
[0030]阵列可变光衰减器5，阵列可变光衰减器5工作于分束器4的输出端，用于调整所在臂光信号的幅度，使其与另一臂的光信号幅度相同。
[0031]偏振控制器6,偏振控制器6置于分束器4输出端与合束器9输入端之间,用于调节所在臂光信号的矢量方向，使其与另一臂光信号相同。
[0032]延时单元7，所述延时单元7用于对分束器4输出端的任意一条臂脉冲光信号进行延时处理，使其与另一臂脉冲光信号产生时域上的错位。
[0033]相位调制单元8，所述相位调制单元8位于分束器4输出端的任意一条臂光信号通路，用于对脉冲信号进行相位的翻转。
[0034]合束器9，用于将经过相位调制、幅度调制、延时操作及偏振调节的两路信号光进行相干耦合。
[0035]半导体激光器I输入端连接电脉冲驱动器2，输出端连接光放大器3，光放大器3与分束器4的一个输入端连接，分束器4的输出端连接阵列可变光衰减器5、偏振控制器6、延时单元7、相位调制单元8后再与合束器9的输入端连接，合束器9的输出端连接超短脉冲输出10。
[0036]经电脉冲驱动器2驱动半导体激光器1，直接调制并重复频率可调谐的纳秒脉冲激光，即窄脉宽脉冲激光信号，通过分束器4后分为两路信号，经阵列可变光衰减器5、偏振控制器6、延时单元7、相位调制单