本發(fā)明涉及鎖模激光諧振腔中的偏振控制技術(shù)，尤其涉及一種可以微小調(diào)節(jié)諧振腔腔長的光纖偏振控制器。

二、

背景技術(shù)：

激光作為20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，曾經(jīng)并且正在有力地推動(dòng)著世界前沿科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在方興未艾的新科技革命浪潮中起著舉足輕重的作用。作為超短脈沖激光產(chǎn)生的關(guān)鍵技術(shù)，飛秒鎖模激光擁有其他研究技術(shù)平臺(tái)無法達(dá)到的時(shí)間和頻率的超高精度與超高分辨率，極大地提高了人類探索自然規(guī)律的能力，成為探索與揭示微觀世界規(guī)律的前沿科學(xué)與高新技術(shù)的制高點(diǎn)，在許多應(yīng)用領(lǐng)域諸如時(shí)間分辨光譜技術(shù)、激光核聚變、超精細(xì)加工、高速光纖通信、化學(xué)反應(yīng)過程及產(chǎn)物的控制等方面發(fā)揮著極其重要的作用。

所謂“鎖?！笔侵竿ㄟ^鎖定激光器內(nèi)所有能夠振蕩的激光縱模的相位而形成周期性的超短脈沖。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，基于光纖的非線性效應(yīng)來產(chǎn)生超短脈沖的鎖模方法以其體積小、可自起振、可靠性高等特點(diǎn)成為了被動(dòng)鎖模激光器的首選對象。相比于可飽和吸收體、非線性光纖環(huán)形鏡鎖模，非線性偏振旋轉(zhuǎn)(Nonlinear Polarization Rotation，NPR)鎖模技術(shù)是近年來興起的一種具有很高應(yīng)用價(jià)值的新型鎖模方法，該技術(shù)利用自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)，使光纖中傳播的光脈沖的偏振態(tài)發(fā)生非線性演化從而實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模。因其具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、損耗閾值高等優(yōu)點(diǎn)，成為了光纖鎖模激光發(fā)展的主流技術(shù)。

為了使鎖模激光能夠在高速光采樣、生物醫(yī)學(xué)、光譜分析等領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用，人們一直追求更高重復(fù)頻率的鎖模光脈沖。在鎖模激光中，高重復(fù) 頻率對應(yīng)短的激光諧振腔腔長，然而構(gòu)成激光器鎖模的關(guān)鍵元件如偏振控制器、隔離器等光纖器件本身即具有一定的封裝長度及預(yù)留尾纖，限制了重復(fù)頻率的提高。此外，在具體的鎖模激光的應(yīng)用中，常常需要掃描激光的重復(fù)頻率，例如大尺寸絕對距離測量技術(shù)需要微小地改變重復(fù)頻率以獲得公里尺度的合成波長；光學(xué)頻率梳技術(shù)中重復(fù)頻率的精密鎖定及反饋，需要重復(fù)頻率掃描的范圍覆蓋數(shù)千赫茲的范圍。實(shí)現(xiàn)鎖模激光重復(fù)頻率的調(diào)諧只能通過改變激光諧振腔的腔長來實(shí)現(xiàn)，然而現(xiàn)有的鎖模激光系統(tǒng)中腔長的控制部分獨(dú)立于關(guān)鍵鎖模元件，體積較大，嚴(yán)重影響重復(fù)頻率的提高；另一方面，構(gòu)成諧振腔的大量分立光學(xué)元器件需要定期地進(jìn)行光路調(diào)整，不利于鎖模激光的長期穩(wěn)定的工作。

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(1)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種新型的反饋式光纖偏振控制器，一方面通過光學(xué)元器件的集成化減小了鎖模激光諧振腔的長度，使鎖模脈沖的重復(fù)頻率得到提高；另一方面，通過將鎖模器件與壓電陶瓷巧妙的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對諧振腔腔長的靈活可調(diào)，使鎖模器件具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)飛秒鎖模激光的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)技術(shù)方案：

本發(fā)明的反饋式光纖偏振控制器的全部組件包括：導(dǎo)入光纖、入射光準(zhǔn)直鏡、入射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)、四分之一波片、二分之一波片、光隔離器、出射光準(zhǔn)直鏡、出射鏡微動(dòng)壓電陶瓷、出射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)、出射光纖，以及用于調(diào)整各光學(xué)器件的機(jī)械調(diào)整架。

所述光纖偏振控制器，采用光纖輸入/輸出的結(jié)構(gòu)，所述的導(dǎo)入光纖及射光纖，其特征在于采用單模光纖，易于和其他類型的光纖通過熔接使用。所述入 射光準(zhǔn)直器及出射光準(zhǔn)直器，其特征在于采用焊接在光纖末端的微型非球面透鏡，具有極低的插入損耗，準(zhǔn)直輸出的光束直徑約1.5mm，兩個(gè)準(zhǔn)直器之間的距離并沒有嚴(yán)格的要求。所述入射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)及出射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)，其特征在于通過互成120°的3根壓簧及3根頂絲固定于支架上，可以對準(zhǔn)直器進(jìn)行高精度的俯仰調(diào)節(jié)，具有很好的重復(fù)性。所述的四分之一波片、二分之一波片及光隔離器均通過頂絲獨(dú)立固定在支架上，當(dāng)把頂絲鎖緊時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)角度的固定，具有很好的重復(fù)性。

所述出射鏡微動(dòng)壓電陶瓷，其特征在于采用環(huán)形壓電陶瓷，一端通過環(huán)氧樹脂膠固定于支架上，其自由端依次與出射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)、出射光準(zhǔn)直器及出射光纖相連，當(dāng)施加給壓電陶瓷的電壓發(fā)生變化時(shí)，利用其電致伸縮特性，可以實(shí)現(xiàn)對自由空間光程進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)而對鎖模激光重復(fù)頻率進(jìn)行調(diào)諧。所述底座支架，其特征在于提供各光學(xué)元器件的固定位置關(guān)系。

(3)技術(shù)效果

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，自由空間光路部分同時(shí)固定有四分之一波片，二分之一波片及光隔離器，均可以達(dá)到自由調(diào)節(jié)的效果，彼此之間互不影響。偏振控制器集成了對光路長度進(jìn)行微調(diào)的功能，方便地實(shí)現(xiàn)對光學(xué)路徑長度的控制，適合于鎖模激光重復(fù)頻率的鎖定。由于經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)，占用的空間非常小，整個(gè)系統(tǒng)的尺寸約長8cm，寬3cm，高4cm。有利于縮小鎖模激光的體積，提高激光的重復(fù)頻率及穩(wěn)定性，方便使用。

四、附圖說明

圖1是本發(fā)明反饋式光纖偏振控制器的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明反饋式光纖偏振控制器的爆炸圖；

圖3是本發(fā)明反饋式光纖偏振控制器的剖視圖；

圖4是本發(fā)明反饋式光纖偏振控制器的工作原理圖。

五、具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供了一種用于鎖模激光的反饋式偏振控制器，所謂“反饋”，是指該器件不僅可以用于實(shí)現(xiàn)激光鎖模，還可以通過電壓控制的方式，反饋鎖模激光的諧振腔長，實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率鎖定至外部的頻率基準(zhǔn)。

參見圖1、2、3，本發(fā)明提供的反饋式偏振控制器，包括順序連接的入射光纖(1)、入射光纖準(zhǔn)直器(2)、入射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)(3)、四分之一波片(4)、二分之一波片(5)、光隔離器(6)、出射鏡微動(dòng)壓電陶瓷(7)、出射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)(8)、出射光纖準(zhǔn)直器(9)、出射光纖(10)及支架底座(11)。

在組裝的過程中，先將四分之一波片4、二分之一波片5及光隔離器6固定在底座支架上11，由精密的機(jī)械設(shè)計(jì)保證三者的光心共線；接著，將導(dǎo)入光纖1通過光纖熔接的方式連接至入射光準(zhǔn)直器2，入射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)3可以用于調(diào)整入射光準(zhǔn)直器輸出光束的方向角；與此同時(shí)，將出射光纖10依次焊接至出射光準(zhǔn)直器9，并依次固定于出射光準(zhǔn)直器俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)8、出射鏡微動(dòng)壓電陶瓷7及底座11上；在進(jìn)行光束對準(zhǔn)的過程中，可引入另外一束激光，將其耦合入入射光纖，通過入射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)及出射光俯仰調(diào)節(jié)臺(tái)的配合，使出射光纖耦合輸出的光功率達(dá)到最高，至此，反饋式偏振控制器組裝完成。

參見圖4，本發(fā)明專利的工作原理是這樣的：四分之一波片及二分之一波片的組合構(gòu)成了一個(gè)光束偏振態(tài)調(diào)節(jié)器，光隔離器起到了光隔離與起偏器雙重作用，光束經(jīng)過光隔離器以后成為線偏振光，該線偏振光由于光纖自身的二向色性，分解成沿光纖兩個(gè)主軸方向的偏振態(tài)進(jìn)行傳播，由于自相位調(diào)制及交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)，作用在兩正交偏振分量上，使得脈沖的偏振態(tài)發(fā)生非線性演化，脈沖的不同部位由于強(qiáng)度不同，導(dǎo)致整個(gè)脈沖的偏振態(tài)是非均勻的。當(dāng)光脈沖再一次返回偏振控制器時(shí)，通過調(diào)節(jié)二分之一波片及四分之一波片的旋轉(zhuǎn)角度，可以迫使光脈沖的中心波分成為線偏振，進(jìn)而能夠以極低的損耗的 通過光隔離器，實(shí)現(xiàn)激光鎖模。

在本實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)激光鎖模之后，可以利用光電探測器12對鎖模激光進(jìn)行探測，其輸出信號(hào)通過頻率計(jì)數(shù)器13進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得鎖模激光的重復(fù)頻率。在需要對重復(fù)頻率進(jìn)行調(diào)諧的場合，可以施加一個(gè)高壓信號(hào)給出射鏡微動(dòng)壓電陶瓷，電壓的變化將線性改變壓電陶瓷的伸縮，通過改變激光器的腔長實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的調(diào)節(jié)。

發(fā)明相對目前市場上的光纖偏振控制器有如下優(yōu)勢：

1)傳統(tǒng)的光束偏振調(diào)節(jié)通常采用3片波片(起偏波片，四分之一波片及二分之一波片)，本發(fā)明僅采用四分之一波片與二分之一波片的組合，并集成了光隔離器，在系統(tǒng)尺寸無明顯增大的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)光隔離的功能，保證了光束的單向通過特性；

2)將壓電陶瓷集成于偏振控制器中，可以實(shí)現(xiàn)自由空間光路部分的微小調(diào)節(jié)，與鎖模激光相結(jié)合可以高精度地實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率的精密控制，具有很好的可靠性及重復(fù)性。

本發(fā)明制作的反饋式光纖偏振控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、自準(zhǔn)直、易調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛地應(yīng)用于對系統(tǒng)尺寸要求較高的光束偏振控制的場合，特別適用于鎖模激光的使用，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的微波頻率源，可以利用本裝置實(shí)現(xiàn)鎖模激光重復(fù)頻率的鎖定，具有良好的應(yīng)用前景。