基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置及调控方法

本发明涉及超快激光脉冲，尤其涉及基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置及调控方法。

背景技术：

1、在超快激光技术领域中，锁模技术是产生皮秒乃至飞秒脉冲的通用方法。锁模激光器中，色散与非线性、损耗与增益、饱和吸收与增益滤波等各种物理效应的共同作用下会产生各种各样的锁模脉冲格式。常见的锁模激光器输出的脉冲格式有孤子脉冲、类噪声脉冲、孤子分子、h型脉冲、孤子分子复合物、呼吸子脉冲、叠加态脉冲等。这些锁模激光脉冲格式的产生跟激光器内的工作参数有密切关系，如对锁模激光器中的偏振设置、抽运功率等工作参数进行调节能在一定程度上实现对时域脉冲格式的调整。尽管腔内工作参数的调节会导致脉冲的中心波长、脉宽、相位、光谱/脉冲轮廓等脉冲格式物理特性的变化，但是腔内工作参数的调节对时域脉冲格式的调控没有单调的对应关系。此外，每个锁模激光器由于受腔内工作参数的限制或物理效应的限制，并不能输出上述所描述的全部脉冲格式。由此可见，在锁模激光器内进行脉冲格式调控，所产生的脉冲格式数量少，可重复性差，难有实用价值。然而，光电传感、激光微加工、生物医学成像、高精密测量等科技领域对锁模脉冲格式及物理性能有着诸多不同的需求。当前的锁模激光器技术难以满足实际应用场景中的个性化需求，导致了锁模激光器在产业界中通用性较差。

2、还有在激光器中通过构建等效复合滤波效应合成出各种时域脉冲格式，为超快激光领域提供了一种时域脉冲调控产生的解决方法。等效复合滤波效应是指对激光腔内存在的多种不同滤波函数进行数学操作，构建出一个复合透射率函数，以此诱导出形貌各异的脉冲格式。如激光腔内fabry–perót滤波函数与非线性偏振旋转(npr)滤波函数的非相干叠加所形成的复合滤波效应诱导了h型脉冲的产生；激光腔内lyot滤波函数与npr滤波函数的相干叠加所形成的复合滤波效应诱导了孤子分子的产生。但是，对不同的滤波函数进行数学操作时会存在着不确定性，特别是对不同滤波函数进行相干叠加时具有较大的技术难度。这些不利因素使得基于复合滤波效应激发不同锁模脉冲格式的方法呈现出很大的局限性。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置及调控方法，能够无需通过对锁模激光器腔内的参数进行调节，就能输出具有预设脉冲格式的激光，并提高超快激光的格式调控效率。

2、本发明所采用的第一技术方案是：基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，包括锁模激光器模块、脉冲线性啁啾调控模块、脉冲消啁啾模块和脉冲相位编辑模块，所述锁模激光器模块的第一输出端与所述脉冲线性啁啾调控模块的输入端连接，所述锁模激光器模块的第二输出端作为激光脉冲光谱信息的检测端，所述脉冲线性啁啾调控模块的输出端与所述脉冲消啁啾模块的输入端连接，所述脉冲消啁啾模块的输出端与所述脉冲相位编辑模块的输入端连接，其中：

3、所述锁模激光器模块用于产生锁模激光脉冲信号；

4、所述脉冲线性啁啾调控模块用于对锁模激光脉冲信号在时域上进行拉伸处理并施加线性相位调制，得到具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号；

5、所述脉冲消啁啾模块用于对具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号进行啁啾补偿处理，得到无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱；

6、所述脉冲相位编辑模块用于对无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱进行相位编辑，得到具有目标脉冲格式的激光信号。

7、进一步，所述锁模激光器模块包括类饱和吸收基锁模光纤激光器和第一光纤耦合器，所述类饱和吸收基锁模光纤激光器的输出端与所述第一光纤耦合器的合波端连接，所述第一光纤耦合器的大比例分光端口作为所述锁模激光器模块的第一输出端，所述第一光纤耦合器的小比例分光端口作为所述锁模激光器模块的第二输出端，其中：

8、所述类饱和吸收基锁模光纤激光器用于通过调节腔内偏振设置生成锁模激光脉冲信号；

9、所述第一光纤耦合器用于检测锁模脉冲光谱，为具有目标脉冲格式的激光信号提供光谱范围参考。

10、进一步，所述脉冲线性啁啾调控模块由高色散光纤组成，所述高色散光纤通过色散效应对锁模激光脉冲信号在时域上进行色散拉伸，并在色散拉伸过程中对锁模激光脉冲信号施加线性相位调制，输出具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号。

11、进一步，所述脉冲消啁啾模块包括色散补偿光栅对和第二光纤耦合器，所述色散补偿光栅对由第一光栅模块与第二光栅模块组成，所述第一光栅模块作为所述脉冲消啁啾模块的输入端，所述第二光栅模块与所述第二光纤耦合器的合波端连接，所述第二光纤耦合器的大比例端口作为所述脉冲消啁啾模块的输出端口，所述第二光纤耦合器的小比例端口作为所述色散补偿光栅对的输出信号检测端，其中：

12、所述色散补偿光栅对用于通过调节第一光栅模块与第二光栅模块之间的距离生成色散值，对具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号进行消啁啾处理，得到无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱；

13、所述第二光纤耦合器输出的监控信号用于判断经过所述色散补偿光栅对的消啁啾处理后的输出光谱是否整形成无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱。

14、进一步，所述脉冲相位编辑模块包括可编程滤波器和第三光纤耦合器，所述可编程滤波器的输入端作为所述脉冲相位编辑模块的输入端，所述可编程滤波器的输出端与所述第三光纤耦合器的合波端连接，所述第三光纤耦合器的大比例分光端口作为所述脉冲相位编辑模块的第一输出端，所述第三光纤耦合器的小比例分光端口作为所述脉冲相位编辑模块的第二输出端，其中：

15、所述可编程滤波器用于对无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱的各单频成分进行施加相位调制，得到具有目标脉冲格式的激光信号；

16、所述第三光纤耦合器用于输出具有目标脉冲格式的激光信号。

17、进一步，还包括第一光谱分析仪、第二光谱分析仪和自相关仪，所述第一光谱分析仪与所述第一光纤耦合器的小比例分光端口连接，所述第二光谱分析仪与所述第三光纤耦合器的小比例分光端口连接，所述自相关仪与所述第三光纤耦合器的大比例分光端口连接，其中：

18、所述第一光谱分析仪用于提供光谱范围参考；

19、所述第二光谱分析仪用于提供具有目标脉冲格式的激光信号的光谱信息；

20、所述自相关仪用于提供具有目标脉冲格式的激光信号的时域信息。

21、本发明所采用的第二技术方案是：基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置的调控方法，包括以下步骤：

22、获取锁模激光脉冲信号；

23、对锁模激光脉冲信号在时域上进行拉伸处理并施加线性相位调制，得到具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号；

24、对具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号进行啁啾补偿处理，得到无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱；

25、对无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱进行相位编辑，得到具有目标脉冲格式的激光信号。

26、进一步，还包括对具有目标脉冲格式的激光信号进行插值处理，增加具有目标脉冲格式的激光信号的平滑性。

27、本发明装置及调控方法的有益效果是：本发明通过锁模激光器模块产生锁模激光脉冲信号，进一步基于脉冲线性啁啾调控模块对锁模激光脉冲信号在时域上进行拉伸处理并施加线性相位调制以及通过脉冲消啁啾模块对具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号进行啁啾补偿处理，最后通过脉冲相位编辑模块对无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱进行相位编辑，在激光腔外通过相位编辑法主动构建出各种按需设定的锁模脉冲格式，使得按需构建脉冲格式操作具有了较高的自由度和可重复操作性，克服了锁模脉冲格式必须依赖于传统锁模激光器腔内的工作参数设置、物理效应调控等问题，能够无需通过对锁模激光器腔内的参数进行调节，就能输出具有预设脉冲格式的激光，并提高超快激光的格式调控效率。

28、附图说明

29、图1是本发明基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置的结构示意图；

30、图2是本发明基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置的调控方法的步骤流程图。

技术特征：

1.基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，其特征在于，包括锁模激光器模块、脉冲线性啁啾调控模块、脉冲消啁啾模块和脉冲相位编辑模块，所述锁模激光器模块的第一输出端与所述脉冲线性啁啾调控模块的输入端连接，所述锁模激光器模块的第二输出端作为激光脉冲光谱信息的检测端，所述脉冲线性啁啾调控模块的输出端与所述脉冲消啁啾模块的输入端连接，所述脉冲消啁啾模块的输出端与所述脉冲相位编辑模块的输入端连接，其中：

2.根据权利要求1所述基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，其特征在于，所述锁模激光器模块包括类饱和吸收基锁模光纤激光器和第一光纤耦合器，所述类饱和吸收基锁模光纤激光器的输出端与所述第一光纤耦合器的合波端连接，所述第一光纤耦合器的大比例分光端口作为所述锁模激光器模块的第一输出端，所述第一光纤耦合器的小比例分光端口作为所述锁模激光器模块的第二输出端，其中：

3.根据权利要求2所述基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，其特征在于，所述脉冲线性啁啾调控模块由高色散光纤组成，所述高色散光纤通过色散效应对锁模激光脉冲信号在时域上进行色散拉伸，并在色散拉伸过程中对锁模激光脉冲信号施加线性相位调制，输出具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号。

4.根据权利要求3所述基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，其特征在于，所述脉冲消啁啾模块包括色散补偿光栅对和第二光纤耦合器，所述色散补偿光栅对由第一光栅模块与第二光栅模块组成，所述第一光栅模块作为所述脉冲消啁啾模块的输入端，所述第二光栅模块与所述第二光纤耦合器的合波端连接，所述第二光纤耦合器的大比例端口作为所述脉冲消啁啾模块的输出端口，所述第二光纤耦合器的小比例端口作为所述色散补偿光栅对的输出信号检测端，其中：

5.根据权利要求4所述基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，其特征在于，所述脉冲相位编辑模块包括可编程滤波器和第三光纤耦合器，所述可编程滤波器的输入端作为所述脉冲相位编辑模块的输入端，所述可编程滤波器的输出端与所述第三光纤耦合器的合波端连接，所述第三光纤耦合器的大比例分光端口作为所述脉冲相位编辑模块的第一输出端，所述第三光纤耦合器的小比例分光端口作为所述脉冲相位编辑模块的第二输出端，其中：

6.根据权利要求5所述基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置，其特征在于，还包括第一光谱分析仪、第二光谱分析仪和自相关仪，所述第一光谱分析仪与所述第一光纤耦合器的小比例分光端口连接，所述第二光谱分析仪与所述第三光纤耦合器的小比例分光端口连接，所述自相关仪与所述第三光纤耦合器的大比例分光端口连接，其中：

7.基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置的调控方法，其特征在于，还包括对具有目标脉冲格式的激光信号进行插值处理，增加具有目标脉冲格式的激光信号的平滑性。

技术总结
本发明公开了基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置及调控方法，装置包括：锁模激光器模块、脉冲线性啁啾调控模块、脉冲消啁啾模块和脉冲相位编辑模块。方法包括：获取锁模激光脉冲信号；对锁模激光脉冲信号在时域上进行拉伸处理并施加线性相位调制，得到具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号；对具有线性啁啾的锁模激光脉冲信号进行啁啾补偿处理，得到无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱；对无啁啾的傅里叶变换极限脉冲光谱进行相位编辑，得到具有目标脉冲格式的激光信号。本发明能够无需对锁模激光器腔内的参数调节，提高超快激光的格式调控效率。本发明作为基于相位编辑构建激光脉冲格式的激光装置及调控方法，可广泛应用于超快激光脉冲技术领域。

技术研发人员：舒怡青,陈伟成
受保护的技术使用者：佛山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5