基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统及方法

本技术涉及飞秒激光，具体而言，涉及一种基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统以及一种基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成方法。

背景技术：

1、单周期飞秒激光器能够输出超短脉冲，是探索光与物质相互作用（例如探测价带电子运动、研究电子动力学）的重要工具。同时，单周期飞秒激光器作为飞秒光梳的激光源，促进了阿秒激光技术和任意波形产生等超快科学的飞跃式发展，因此，发展单周期飞秒激光器具有重要的科学研究和应用价值。

2、目前，获取单周期飞秒激光源的方法包括基于钛宝石激光器的色散补偿技术、激光成丝、参量放大、基于硅块状光纤传导技术和相干脉冲合成等，但该些方法均存在需要耗费大量的空间光路、需进行精细调节和系统维护、系统鲁棒性低等问题，严重限制了单周期飞秒激光的生成系统的使用范围，另外上述这些方法主要针对低重复频率（小于50mhz）的激光器，不适用于高精密飞秒光梳系统的应用。针对系统鲁棒性低的问题，现有技术尝试采用全光纤结构将掺铒光纤飞秒激光的波长从1.5μm拓展到2μm附近，获得了1.4周期的脉冲，该方案虽然解决了系统鲁棒性低的问题，但是又引入了功耗高、散热效果差的问题。

3、因此，需要提供一种新的基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统及方法。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统及一种基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的系统结构复杂、鲁棒性差、功耗高、散热差、转换效率低等问题。

2、根据本技术的一个方面，提供一种基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统，包括：

3、种子激光源，所述种子激光源基于全保偏掺铒光纤形成，用于产生种子脉冲；

4、脉冲啁啾放大器，所述脉冲啁啾放大器基于全保偏光纤和全保偏掺铒光纤形成，与所述种子激光源连接，用于对所述种子脉冲进行啁啾和放大处理，以获取放大脉冲；

5、色散补偿器，所述色散补偿器基于具有负色散特性的全保偏光纤形成，与所述脉冲啁啾放大器连接，用于对所述放大脉冲中的正色散进行补偿，以获取补偿脉冲；

6、脉冲压缩器，所述脉冲压缩器基于全保偏高非线性光纤形成，与所述色散补偿器连接，用于对所述补偿脉冲进行压缩，以获取单周期飞秒激光。

7、在本技术的示例性实施例中，所述脉冲啁啾放大器包括脉冲啁啾器和脉冲放大器，其中，所述脉冲啁啾器用于对所述种子脉冲进行展宽处理，以获取展宽脉冲，所述脉冲放大器用于对所述展宽脉冲进行放大处理，以获取所述放大脉冲。

8、在本技术的示例性实施例中，所述脉冲放大器包括依次连接的前置泵浦激光源、第一波分复用器、增益光纤、第二波分复用器和后置泵浦激光源；或者，所述脉冲放大器包括依次连接的第一波分复用器、增益光纤、第二波分复用器和两个后置泵浦激光源。

9、在本技术的示例性实施例中，所述脉冲啁啾器由中心波长为1550nm的全保偏光纤形成，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器由具有负色散特性且中心波长为1550nm的全保偏光纤形成，所述增益光纤由具有正色散特性的全保偏掺铒光纤形成。

10、在本技术的示例性实施例中，所述种子激光源为9字形全保偏掺铒光纤激光器，重复频率大于或等于100mhz；所述色散补偿器由具有负色散特性且中心波长为1550nm的全保偏光纤形成，所述补偿脉冲的色散为零。

11、在本技术的示例性实施例中，所述脉冲压缩器为脉冲自压缩器，形成所述脉冲压缩器的全保偏高非线性光纤的纤芯为椭圆形或者圆形；所述全保偏高非线性光纤的非线性系数与群速度色散的比值大于1000，所述全保偏高非线性光纤中传输的孤子数小于1.5；所述单周期飞秒激光的脉冲宽度大于或等于5fs且小于10fs。

12、根据本技术的一个方面，提供了一种基于全保偏光纤的单周期飞秒激光信号的生成方法，应用于上述实施例中的基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统，包括：

13、通过所述种子激光源产生种子脉冲；

14、通过所述脉冲啁啾放大器对所述种子脉冲进行啁啾和放大处理，以获取放大脉冲；

15、通过所述色散补偿器对所述放大脉冲中的正色散进行补偿，以获取补偿脉冲；

16、通过所述脉冲压缩器对所述补偿脉冲进行自压缩，以获取所述单周期飞秒激光。

17、在本技术的示例性实施例中，所述脉冲啁啾放大器包括脉冲啁啾器和脉冲放大器，所述脉冲放大器包括依次连接的前置泵浦激光源、第一波分复用器、增益光纤、第二波分复用器和后置泵浦激光源；

18、所述通过所述脉冲啁啾放大器对所述种子脉冲进行啁啾和放大处理，以获取放大脉冲，包括：

19、通过所述脉冲啁啾器对接收到的所述种子脉冲进行展宽，以获取展宽脉冲；

20、通过所述第一波分复用器接收所述展宽脉冲和所述前置泵浦激光源生成的第一泵浦光，并将所述展宽脉冲和所述第一泵浦光发送至所述增益光纤；

21、通过所述第二波分复用器接收所述后置泵浦激光源生成的第二泵浦光，并将所述第二泵浦光发送至所述增益光纤；

22、通过所述增益光纤在所述第一泵浦光和所述第二泵浦光的作用下对所述展宽脉冲进行功率放大，以获取所述放大脉冲。

23、在本技术的示例性实施例中，所述脉冲啁啾放大器包括脉冲啁啾器和脉冲放大器，所述脉冲放大器包括依次连接的第一波分复用器、增益光纤、第二波分复用器和两个后置泵浦激光源；

24、所述通过所述脉冲啁啾放大器对所述种子脉冲进行啁啾和放大处理，以获取放大脉冲，包括：

25、通过所述脉冲啁啾器对接收到的所述种子脉冲进行展宽，以获取展宽脉冲；

26、通过所述第一波分复用器接收所述展宽脉冲，并将所述展宽脉冲发送至所述增益光纤；

27、通过所述第二波分复用器接收所述两个后置泵浦激光源生成的第一泵浦光和第二泵浦光，并将所述第一泵浦光和所述第二泵浦光发送至所述增益光纤；

28、通过所述增益光纤在所述第一泵浦光和所述第二泵浦光的作用下对所述展宽脉冲进行功率放大，以获取所述放大脉冲。

29、在本技术的示例性实施例中，所述通过所述色散补偿器对所述放大脉冲中的正色散进行补偿，以获取补偿脉冲，包括：

30、通过所述色散补偿器中具有负色散特性的全保偏光纤对所述放大脉冲中的正色散进行补偿直至色散为零，以获取脉冲宽度达到傅里叶变换极限的所述补偿脉冲。

31、本技术中的基于全保偏光纤的单周期飞秒激光的生成系统包括种子激光源、脉冲啁啾放大器、色散补偿器和脉冲压缩器，种子激光源基于全保偏掺铒光纤形成，用于产生种子脉冲；与种子激光源连接的脉冲啁啾放大器基于全保偏光纤和全保偏掺铒光纤形成，用于对种子脉冲进行啁啾和放大处理，以获取放大脉冲；与脉冲啁啾放大器连接的色散补偿器基于具有负色散特性的全保偏光纤形成，用于对放大脉冲中的正色散进行补偿，以获取补偿脉冲；与色散补偿器连接的脉冲压缩器基于全保偏高非线性光纤形成，用于对补偿脉冲进行压缩，以获取单周期飞秒激光。本技术中的单周期飞秒激光的生成系统一方面具有简单的光路结构，因而具有较好的散热性能，并且不需要进行精细调节和维护；另一方面由于系统是由全保偏光纤形成的，因此具有优异的鲁棒性，并且在生成单周期飞秒激光时，无需对波长进行拓展，进而能够避免功率损耗、提高功率转换效率，生成高能量单周期飞秒激光。

32、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。