预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置及其系统

1.本发明涉及超快激光技术领域，特别是涉及超快光纤激光技术，具体涉及一种高平均功率、超短飞秒脉冲的产生与放大装置。


背景技术：

2.掺镱光纤激光器具有高平均功率、优良的散热性能、高效的电光转换效率、优异的光束质量、相对低廉的成本和相对较小的空间体积等优势，在基础科学、工业加工、生物医疗等领域得到越来越广泛的应用。
3.为获得具有高平均功率脉冲的同时可以减少累积的非线性，一方面，超快光纤激光系统一般采用啁啾脉冲放大(cpa)技术。但是由于增益介质带宽不足、放大过程增益窄化以及放大与压缩过程中色散补偿失配的制约，光纤cpa系统输出的脉冲宽度通常大于200fs。另一方面，为了覆盖更多的应用场景与应用范围，获得平均功率更高的飞秒脉冲将面临几大挑战，比如飞秒脉冲会在光纤中积累过多的非线性相位而影响输出脉冲的压缩质量；脉冲峰值功率高于一定阈值会损伤光纤；平均功率达到一定阈值后，也会出现横模不稳定现象(tmi)，进一步限制输出的平均功率。
4.现有cpa技术的缺陷：
5.1、光纤cpa放大系统输出脉宽较宽，通常大于200fs，不能满足部分需要更短脉冲的应用。
6.2、由于tmi阈值的存在，单根光纤cpa放大系统不能输出超过tmi阈值的平均功率。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷与限制，提供一种具体的基于预啁啾管理放大技术(pcma)的多路超短脉冲激光相干合成(cbc)装置，此装置中使用非线性放大技术pcma可以输出比cpa系统更短的脉冲(亚50fs)，使用相干合成技术可以突破单根大模场光纤功率限制，输出平均功率更高的脉冲(～500w)。
8.为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，所述装置包括：飞秒激光前端模块、预啁啾管理模块、脉冲分束器模块、光纤放大器模块、脉冲合束器模块、脉冲压缩模块和时间延迟调节模块；其中：
9.所述预啁啾管理模块的输入端与所述飞秒激光前端模块的输出端相连，所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列；
10.所述脉冲分束器模块的输入端与所述预啁啾管理模块的输出端相连，所述预啁啾管理模块用于调整输入脉冲的啁啾量；
11.所述光纤放大器模块输入端与所述脉冲分束器模块输出端相连，所述脉冲分束器模块用于将单束脉冲在空间上分成多束脉冲；
12.所述脉冲合束器模块的输入端与所述光纤放大器模块的输出端相连，所述光纤放大器模块用于对分束器模块输出的脉冲利用非线性效应展宽光谱同时对脉冲进行功率放
大；
13.所述脉冲压缩模块输入端与所述脉冲合束器模块的输出端相连，所述脉冲合束器模块用于将多束脉冲合成一束；
14.所述脉冲压缩模块输出端输出压缩后的脉冲，所述脉冲压缩模块用于对从所述脉冲合束器模块输出端输出的脉冲进行色散补偿；
15.所述时间延迟调节模块的监测端与所述脉冲合束器模块的输出端相连，用于监测多路脉冲时间上相位延迟；
16.所述时间延迟调节模块的制动端与所述脉冲分束器模块相连，用于对所述时间延迟调节模块监测端的误差信号进行补偿，进行主动相位反馈锁定。
17.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述飞秒激光前端模块为光纤激光器或固态激光器，优选为掺镱光纤振荡器或掺镱光纤放大器；
18.优选地，所述飞秒激光前端模块输出5
‑
20w平均功率的飞秒脉冲序列，平均功率优选为5
‑
16w，更优选为10
‑
16w；和/或所述飞秒激光前端模块中的振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1μm～1.06μm，最优选为1.04μm；
19.更优选地，所述飞秒激光前端模块为包括锁模激光振荡器的光纤激光振荡器，其锁模方式优选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜，非线性偏振旋转，非线性光学环形镜；
20.进一步优选地，所述锁模光纤激光振荡器为基于半导体可保护吸收镜锁模的掺镱光纤振荡器。
21.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述预啁啾管理模块包括色散调控器件；
22.优选地，所述色散调控器件为光栅对和/或棱镜对，更优选为光栅对；
23.更优选地，所述预啁啾管理模块还包括第一平面反射镜、角向反射镜和光学隔离器；其中，飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过角向反射镜折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后透过所述光学隔离器输出预啁啾脉冲。
24.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述的脉冲分束器模块包括第一半波片、第一偏振分束器、第一四分之一波片、第二平面反射镜。
25.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述的光纤放大器模块包括两路或两路以上的棒状光纤放大器光路；
26.更优选地，所述棒状光纤放大器选自以下一种或多种：棒状光子晶体增益光纤、双包层增益光纤和盘状增益光纤，优选为棒状光子晶体增益光纤和双包层增益光纤，最优选为棒状光子晶体增益光纤；
27.进一步优选地，所述棒状光子晶体增益光纤的纤芯直径为40～100μm，优选为85μm；和/或所述棒状光子晶体增益光纤的长度为60～120cm，优选为80cm。
28.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述脉冲分束器模块包括脉冲分束器件，所述脉冲分束器件选自偏振分束棱镜和/或薄膜偏振
片；
29.优选地，所述脉冲分束器件为薄膜偏振片，利用薄膜偏振片对不同偏振方向脉冲的反射率和透射率差异将脉冲在空间上分离。
30.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述脉冲合束器模块包括脉冲合束器件，所述脉冲合束器件选自偏振分束棱镜和/或薄膜偏振片；
31.优选地，所述脉冲合束器件为薄膜偏振片，利用薄膜偏振片对不同偏振方向脉冲的反射率和透射率差异将脉冲在空间上分离。
32.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述时间延迟调节模块使用主动相位控制方法监测并处理所述脉冲合束器模块输出光束的相位信息；
33.优选地，主动相位控制方法选自以下一种或多种：
‑
couillaud方法、单探测器电子频率标签技术、随即并行梯度下降算法锁定技术、强化学习锁定方法。
34.根据本发明第一方面的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述脉冲压缩模块包括色散补偿器件；
35.优选地，所述色散补偿器件选自光栅对、棱镜对或啁啾镜；
36.更优选地，所述脉冲压缩模块包括第八平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜。
37.本发明的第二方面提供了一种预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大系统，所述预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大系统包括如第一方面所述的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置。
38.为实现上述目的，本发明提供了一种预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，所述装置包括：飞秒激光前端模块、预啁啾管理模块、脉冲分束器模块、光纤放大器模块、脉冲合束器模块、脉冲压缩模块和时间延迟调节模块；其中：
39.所述飞秒激光前端模块的输出端与所述预啁啾管理模块的输入端相连，所述飞秒激光前端模块用于发射一定功率的超短脉冲序列；
40.所述预啁啾管理模块的输出端与所述光纤放大器模块的输入端相连，所述预啁啾管理模块用于调整输入脉冲的啁啾量；
41.所述脉冲分束器模块输入端与所述预啁啾管理模块输出端相连，所述脉冲分束器模块用于将单束脉冲在空间上分成多束脉冲。
42.所述光纤放大器模块的输入端与所述脉冲分束器模块的输出端相连，所述光纤放大器模块利用非线性效应展宽光谱同时对脉冲进行功率放大；
43.所述脉冲合束器模块输入端与光纤放大器模块输出端相连，所述脉冲合束器模块用于将多束光合成为一束。
44.所述脉冲压缩模块输入端与脉冲合束器模块输出端相连，所述脉冲压缩模块用于对从所述脉冲合束器模块输出端输出的脉冲进行色散补偿。
45.所述时间延迟调节模块监测端与所述脉冲合束器输出端相连，用于监测两路脉冲时间上相位延迟；所述时间延迟调节模块制动端与所述脉冲分束器模块相连，用于将所述时间延迟调节模块监测端的误差信号进行补偿。
46.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述飞秒激
光前端模块应可以输出一定功率的飞秒脉冲序列。
47.优选地，所述飞秒激光前端模块使用锁模光纤振荡器与光纤放大器。所述飞秒激光前端模块中的振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1μm～1.06μm，最优选为1.04μm；
48.优选地，所述锁模光纤激光振荡器的锁模方式选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜，非线性偏振旋转，非线性光学环形镜；
49.更优选地，所述锁模光纤激光振荡器为基于半导体可保护吸收镜锁模的掺镱光纤振荡器。
50.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述预啁啾管理模块包括色散调控器件；
51.优选地，所述色散调控器件为光栅对和/或棱镜对，更优选为光栅对。
52.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述预啁啾管理模块还包括第一平面反射镜、角向反射镜和光学隔离器；
53.其中，飞秒激光振荡器模块发射的超短脉冲序列无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过角向反射镜折返并降低一定高度后再次透过色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后透过光学隔离器输出预啁啾脉冲；
54.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中分束器模块包括第一半波片、第一偏振分束器、第一四分之一波片、第二平面反射镜、第一压电陶瓷(pzt)。
55.其中，所述脉冲分束/合束器件选自以下任一种：偏振分束棱镜、薄膜偏振片；
56.优选地，所述脉冲分束/合束器件为薄膜偏振片，利用薄膜偏振片对不同偏振方向脉冲的反射率和透射率差异将脉冲在空间上分束与合成；
57.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述的光纤放大器模块包括按照从上到下、从左到右顺序排列的第三平面反射镜、第二四分之一波片、第一平凸透镜、第一棒状光子晶体增益光纤、第二平凸透镜、第一双色镜、第四平面反射镜、第三平凸透镜、第一二极管泵浦激光源、第三四分之一波片、第五平面反射镜、第四四分之一波片、第四平凸透镜、第二棒状光子晶体增益光纤、第五平凸透镜、第二双色镜、第六平面反射镜、第六平凸透镜、第二二极管泵浦激光源、第五四分之一波片、第二半波片、第二偏振分束器；
58.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述棒状光子晶体增益光纤的纤芯直径40～100μm，优选为85μm；和/或
59.所述棒状光子晶体增益光纤的长度60～120cm，优选为80cm。
60.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述第一偏振分束器和第二偏振分束器的型号相同，同时可以在较高平均功率下工作；
61.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述的时间延迟调节模块包括主动相位控制元件。
62.优选地，本发明所述的时间延迟调节模块基于
‑
couillaud(hc)方法，其依序包括第一窗口片、第六四分之一波片、第三偏振分束器、第七平面反射镜、第一平衡光电探测器、第一高速伺服控制器、第一电压放大器和第一压电陶瓷(pzt)；本模块通过第一
平衡光电探测器探测两束脉冲的相位差，第一高速伺服控制器接受信号并将输出控制电压信号传递给第一电压放大器，最后传递到第一pzt用来补偿时间上的相位延迟；
63.根据本发明中的预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，其中，所述脉冲压缩模块包括色散补偿器件；
64.优选地，所述色散补偿器件选自光栅对、棱镜对或啁啾镜；
65.更优选地，所述脉冲压缩模块包括第八平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜。
66.基于上述装置，本发明提供了一种技术方案，该方案具有很强的拓展性，其中放大模块可以轻松拓展到多个，为便于绘图与叙述，本发明使用两个放大器作为例子说明，不应理解为本发明只局限于两路。此方案如下：
67.一种高平均功率预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置，包括：飞秒激光前端模块、预啁啾管理模块、脉冲分束器模块、光纤放大器模块、脉冲合束器模块、脉冲压缩模块和时间延迟调节模块；其中所述飞秒激光前端模块的输出端与预啁啾管理模块的输入端相连，所述预啁啾管理模块的输出端与脉冲分束器模块的输入端相连；所述脉冲分束器模块的输出端与光纤放大器模块的输入端相连；所述光纤放大器模块的输出端与脉冲合束器模块的输入端相连；所述脉冲合束器模块的输出端与脉冲压缩模块的输入端相连；所述时间延迟调节模块监测端与所述脉冲合束器输出端相连，所述时间延迟调节模块制动端与所述脉冲分束器模块相连；
68.所述飞秒激光前端模块用于发射一定功率的一束超短脉冲序列a；所述预啁啾管理模块由色散调控器件组成，用于调整输入脉冲的啁啾量并输出预啁啾脉冲b；所述分束器模块用于将一束光分成功率相等、正交偏振的两束脉冲c和d；所述两个光纤放大器模块用于对分束器模块输出的脉冲分别进行通过式功率放大，并利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱，输出放大脉冲e和f；所述脉冲合束器模块用于将两束光纤放大器模块输出脉冲在空间上合成为一束脉冲g；所述脉冲压缩模块用于对从所述脉冲合束器模块输出端输出的脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲h。所述时间延迟调节模块监测端与所述脉冲合束器输出端相连，监测脉冲相位信息，所述时间延迟调节模块制动端与所述脉冲分束器模块相连，用于将监测端处理的补偿信息传递给pzt，补偿脉冲之间的时间延迟；
69.进一步，所述的飞秒激光前端模块中包括振荡器与放大器，优选为锁模光纤激光振荡器与光纤放大器。锁模光纤激光振荡器，锁模方式可以是半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转和非线性光学环形镜等，优选为中心波长工作在1.04μm的半导体可饱和吸收镜锁模的掺镱光纤振荡器；后续在前端模块内接入放大器进行功率放大，从而输出一定功率的脉冲序列a。
70.进一步，所述的预啁啾管理模块由反射镜和光栅对组成，包括第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和角向反射镜；所述第一透射光栅和第二透射光栅平行放置，且第二透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变入射脉冲的啁啾量，之后从光学隔离器输出预啁啾脉冲b。
71.进一步，所述的脉冲分束器模块由第一半波片、第一偏振分束器、第一四分之一波片、第二平面反射镜、第一压电陶瓷(pzt)组成，其中通过调节第一半波片将脉冲偏振方向调节到与竖直方向夹角为45度，后续第一偏振分束器将脉冲分为水平偏振和竖直偏振的等
能量脉冲，一束脉冲c直接透过第一偏振分束器进入光纤放大器模块，另一束脉冲两次经过第一四分之一波片和第二平面反射镜将偏振旋转90度后透过第一偏振分束器成为脉冲d进入光纤放大器模块。
72.进一步，使用棒状光子晶体增益光纤对激光信号提供较高的增益以实现高功率的放大并完成合成；具体包括第三平面反射镜、第二四分之一波片、第一平凸透镜、第一棒状光子晶体增益光纤、第二平凸透镜、第一双色镜、第四平面反射镜、第三平凸透镜、第一二极管泵浦激光源、第三四分之一波片、第五平面反射镜、第四四分之一波片、第四平凸透镜、第二棒状光子晶体增益光纤、第五平凸透镜、第二双色镜、第六平面反射镜、第六平凸透镜、第二二极管泵浦激光源、第五四分之一波片、第二半波片、第二偏振分束器依序排列组成；调节所述第三平面反射镜和第一平凸透镜可将预啁啾脉冲c高效耦合进入棒状光子晶体增益光纤的纤芯之中；所述第二四分之一波片用于将线偏振脉冲转换为圆偏振脉冲，所述第三平凸透镜、第四平面反射镜、第一双色镜、第二平凸透镜用于将第一二极管泵浦激光源输出的泵浦光耦合进入增益光纤的的包层之中为预啁啾脉冲c提供增益；所述第一双色镜还用于将增益光纤输出的放大脉冲e与泵浦激光在空间上分离，分离后的信号脉冲e经所述第三四分之一波片用于将圆偏振脉冲转换为线偏振脉冲，之后经第五平面反射镜反射可进入第二偏振分束器透射；调节所述第二平面反射镜和第四平凸透镜可将预啁啾脉冲d高效耦合进入棒状光子晶体增益光纤的纤芯之中；所述第四四分之一波片用于将线偏振脉冲转换为圆偏振脉冲，所述第四平凸透镜、第六平面反射镜、第二双色镜、第五平凸透镜用于将第二二极管泵浦激光源输出的泵浦光耦合进入棒状光子晶体增益光纤的的包层之中为预啁啾脉d提供增益；所述第二双色镜还用于将增益光纤输出的放大脉冲f与泵浦激光在空间上分离，分离后的信号脉冲f经所述第五四分之一波片用于将圆偏振脉冲转换为线偏振脉冲，经过第二半波片将偏振方向旋转90度后进入第二偏振分束器反射；所述第二偏振分束器用于将经过棒状光子晶体光纤放大后放大脉冲e和f在空间上合成，合成过程通过调节第三四分之一波片、第五四分之一波片和第二半波片，使得输出脉冲g的合成效率最高为止，第二偏振分束器另一个方向会有少量未合成光泄露。
73.进一步，所述时间延迟调节模块依序包括第一窗口片、第六四分之一波片、第三偏振分束器、第七平面反射镜、第一平衡光电探测器、第一高速伺服控制器、第一电压放大器和第一压电陶瓷(pzt)；第一窗口片通过反射少量合成脉冲g进入第六四分之一波片后进入第三偏振分束器，分成两束脉冲进入第一平衡光电探测器，第一平衡光电探测器将两束脉冲信号转换为电信号做差分从而得到时间延迟相位信息，传递给第一高速伺服控制器，输出补偿相位信息的电压信号，之后传递给第一电压放大器用于控制第一pzt，从而达到补偿两束脉冲c和d时延的目的，使得合成效率最高。
74.进一步，所述脉冲压缩模块由第八平面反射镜、第一啁啾镜和第二啁啾镜；所述第一啁啾镜、第二啁啾镜用于补偿色散、压缩放大脉冲g以产生超短飞秒脉冲h。
75.本发明的装置可以具有但不限于以下有益效果：
76.1.充分结合了预啁啾管理放大技术与相干合成技术的优势，利用多根棒状光子晶体增益光纤放大器即可突破单根棒状光纤放大器的诸多功率限制，又可以获得比啁啾脉冲放大技术更短的脉冲，最终两路相干合成可以获得平均功率五百瓦量级、亚50fs的超短飞秒脉冲。
77.2.扩展性强，本装置可以在现有系统的基础上并行加入多根棒状光子晶体增益光纤进一步提高输出平均功率，后期还可以加入时间上脉冲分离/合成单元可以提高系统的输出脉冲能量。
附图说明
78.以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
79.图1示出了基于预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置。
80.图2示出了基于预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置具有很强拓展性演示图。
81.附图标记说明：
82.1、飞秒激光前端模块；2、预啁啾管理模块；3、脉冲分束器模块；4、光纤放大器模块和脉冲合束器模块；5、时间延迟调节模块；6、脉冲压缩模块；7、第一平面反射镜；8、第一透射光栅；9、第二透射光栅；10、角向反射镜；11、光学隔离器；12、第一半波片；13、第一偏振分束器；14、第一四分之一波片；15、第二平面反射镜；16、第一压电陶瓷；17、第三平面反射镜；18、第二四分之一波片；19、第一平凸透镜；20、第一棒状光子晶体增益光纤；21、第二平凸透镜；22、第一二极管泵浦激光源；23、第三平凸透镜；24第四平面反射镜；25、第一双色镜；26、第三四分之一波片；27、第五平面反射镜；28、第二二极管泵浦激光源；29、第四平凸透镜；30、第六平面反射镜；31、第四四分之一波片；32、第五平凸透镜；33、第二棒状光子晶体增益光纤；34、第六平凸透镜；35、第二双色镜；36、第五四分之一波片；37、第二半波片；38、第二偏振分束器；39、第一窗口片；40、第六四分之一波片；41、第三偏振分束器；42、第七平面反射镜；43、第一平衡光电探测器；44、第一高速伺服控制器；45、第一电压放大器；46、第八平面反射镜；47、第一啁啾镜；48、第二啁啾镜。
83.a、飞秒激光前端1发射的超短脉冲序列；b、预啁啾管理模块2输出的预啁啾脉冲；c和d、分束器模块3分出的两束脉冲；e和f、脉冲c和d分别经过放大器模块4放大后的脉冲；g、脉冲e和f经过合束器模块合成的脉冲；h、脉冲压缩模块6压缩输出的超短飞秒脉冲。
具体实施方式
84.下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
85.本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
86.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
87.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
88.实施例1
89.本实施例用于说明本发明预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置的结构。
90.本发明具有很强的拓展性，其中放大模块可以轻松拓展到多个，为便于绘图与叙述，本实施例使用两个放大器作为例子说明，不应理解为本发明只局限于两路。
91.图1为基于预啁啾管理的飞秒脉冲激光相干合成放大装置。它包括：飞秒激光前端模块1、预啁啾管理模块2、脉冲分束器模块3、光纤放大器模块和脉冲合束器模块4、时间延迟调节模块5和脉冲压缩模块6。在本实施例中，飞秒激光前端模块1采用半导体可保护吸收镜锁模的掺镱光纤振荡器，输出的超短脉冲序列对应的参数为：中心波长1.04μm、光谱半高宽16nm，重复频率45mhz，后续经过两级预放大可以输出平均功率20w的超短脉冲序列a。直接入射第一透射光栅8和第二透射光栅9组成的光栅对，第一透射光栅8和第二透射光栅9平行放置，且第二透射光栅9安装在精密可调位移平台上，可灵活控制光栅对间距，脉冲序列经过角向反射镜10向下折返并降低一定高度后再次返回并透过光栅对，最终在第一平面反射镜7上以45度角反射后再透过光学隔离器11，输出预啁啾脉冲b；
92.线偏振预啁啾脉冲b经过第一半波片12将偏振方向旋转与竖直方向夹角为45度后经过第一偏振分束器13在空间上分成能量相等、偏振正交的两束脉冲。其中一束c直接透过第一偏振分束器13入射到第三平面反射镜17后进入光纤放大器与光纤放大器模块和脉冲合束器模块4，另一束脉冲经第一偏振分束器13反射后，经过第一四分之一波片14旋转为圆偏振光后经过第二平面反射镜15原路返回，第二次经过第一四分之一波片14，偏振方向旋转90度后透过第一偏振分束器13成为脉冲d进入光纤放大器和光纤放大器模块和脉冲合束器模块4。
93.脉冲c经过第二四分之一波片18后偏振方向转为圆偏振，可以有效提高放大后脉冲的峰值功率，一般可以提高为线偏振脉冲能量的1.5倍。然后经过第一平凸透镜19耦合到第一棒状光子晶体增益光纤20中。第一二极管泵浦激光源22输出的泵浦光通过第三平凸透镜23、第四平面反射镜24、第一双色镜25、第二平凸透镜21耦合进入第一棒状光子晶体增益光纤20的包层中提供增益。第一双色镜25用于将放大后的脉冲与泵浦光在空间上分离，分离出的脉冲e经过第三四分之一波片26后变为线偏振光经过第五平面反射镜27后透射穿过第二偏振分束器38。脉冲f与脉冲e过程类似，在此不赘述。唯一不同的是由于经过第五四分之一波片36后，脉冲f的偏振方向与脉冲e相同，所以需要加入第二半波片37将脉冲f的偏振方向旋转90度后进入第二偏振分束器38然后反射。
94.正交偏振脉冲e与f分别在第二偏振分束器38的两个面入射并完成合束，输出合成脉冲g，少部分由于器件因素会在第二偏振分束器38第四面少量泄露。
95.所述时间延迟调节模块应可以监测合束器模块输出光束的相位信息，做一定处理后反馈给分束器模块调节时间延迟提升合成效率。所述时间延迟调节模块也具有很强的拓展性，会随着合成路数的增加而使用不同的方式。所述时间延迟调节模块所用方法可以从以下几种方法中选取：
‑
couillaud(hc)方法、单探测器电子频率标签技术(locset)、随即并行梯度下降算法锁定技术(spgd)以及强化学习锁定方法等主动相位控制方法。本实施例中使用
‑
couillaud(hc)方法是为了便于示出，同时相位控制精度最
高，但本发明锁相方法不仅仅包含以上四种主动锁相方式。
96.如上文所示，本实施例中所述时间延迟调节模块基于
‑
couillaud(hc)方法，合成脉冲g经过第一窗口片39将少量光反射进入时间延迟调节模块5的监测端中，分出的少量脉冲光经过第六四分之一波片40，然后进入第三偏振分束器41中分成两束，一束进入平衡光电探测器43的一个输入端，另一束经过第七平面反射镜42反射后进入平衡光电探测器43的另一个输入端。平衡光电探测器43将两个输入端脉冲光信号转换为电信号后做差分处理，差分信号是与合成前即第二偏振分束器38前两束脉冲相位差有关，这个信号作为误差信号传递给高速伺服控制器44，高速伺服控制器44经过积分微分处理，可以输出补偿误差信号的电信号，电信号经过电压放大器45后可以达到第一压电陶瓷16工作电压，第一压电陶瓷16收到电压信号改变脉冲d的光程从而补偿两束脉冲的相位差。从而达到补偿脉冲d时延的目的，使得合成效率最高。
97.输出的合成脉冲序列g先经过第八平面反射镜46反射，再在第一啁啾镜47和第二啁啾镜48之间多次反射以实现色散补偿的作用，反射次数根据所需补偿的色散量确定，即β
′2＝n
×
β2，其中β
′2为放大后需要补偿的二阶色散量，n为反射次数，β2为单片啁啾镜提供的色散量。经过色散补偿之后便可以得到>500w，<50fs的高功率超短飞秒脉冲h。
98.本实施例结合预啁啾放大技术直接产生亚五十飞秒脉冲的特点和相干合成技术的优势，使用两根棒状光纤分别放大、再相干合成的方式即可实现平均功率五百瓦、脉宽小于50fs的超短脉冲输出。本发明有利于提高光纤激光器的功率水平，同时扩大光纤激光器的应用领域。
99.实施例2
100.本实施例用于说明本发明预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置的拓展。
101.图2为基于预啁啾管理飞秒脉冲激光相干合成放大装置具有很强拓展性演示图。与上述两路预啁啾管理飞秒脉冲的相干合成技术相比，该部分仅仅是增加了更多的通道数。与之相应地，需要增加飞秒脉冲前端模块的输出功率，一般需要至少通道数乘以4/5的输出功率。预啁啾管理模块对前端输出脉冲加入预啁啾。分束器模块只是通过并联多个分束器器件来达到平均分成几路脉冲的目标，主放大器部分与上述相同，合束器模块与分束器模块对称放置即可完成合束过程，最后进入压缩器模块，其中时间延迟调节模块用于调节合束时的相位信息。
102.经测算，不同增益光纤的阈值不同，一般使用单通道大模场棒状光子晶体光纤的输出功率可以达到250w，随着并联通道数的增加，理论上可以达到通道数乘以250w的总输出功率，但由于各个部分损耗以及相位控制难度的增加，最终输出功率小于此功率，然而无论如何，最终输出功率均远远超过单根棒状光纤的输出功率。
103.上述实施例，充分结合了预啁啾管理放大技术与相干合成技术的优势，利用多根棒状光子晶体增益光纤放大器即可突破单根棒状光纤放大器的诸多功率限制，又可以获得比啁啾脉冲放大技术更短的脉冲，最终两路相干合成可以获得平均功率五百瓦量级、亚50fs的超短飞秒脉冲。
104.尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。