本發(fā)明涉及超短脈沖產(chǎn)生，尤其涉及一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、超短激光脈沖串在超快光學(xué)中發(fā)揮著重要作用，并已廣泛應(yīng)用于光頻梳、高速光通信和眼科屈光手術(shù)。傳統(tǒng)上，皮秒和飛秒范圍內(nèi)的激光脈沖串是通過鎖模技術(shù)產(chǎn)生的。無論是主動(dòng)還是被動(dòng)鎖模，提供周期性增益或損耗反饋的光學(xué)諧振腔都是必不可少的，以便選擇性地加強(qiáng)具有固定相位差的光模式并耗散其他光模式。因此，脈沖重復(fù)率從根本上受到腔長(zhǎng)的限制，重復(fù)頻率難以超過1ghz。

2、為了獲得更高重復(fù)率的超短脈沖，已經(jīng)提出了幾種機(jī)制來直接從連續(xù)波光產(chǎn)生超短光脈沖串，而無需光學(xué)增益諧振器。相關(guān)技術(shù)可分為兩類：一類是利用材料的非線性光學(xué)效應(yīng)，如電光調(diào)制梳、交叉相位調(diào)制、誘導(dǎo)調(diào)制不穩(wěn)定性、絕熱拉曼壓縮等技術(shù)，通過材料非線性效應(yīng)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)的相位相關(guān)邊帶，調(diào)節(jié)介質(zhì)色散和三階極化張量之間的平衡實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮；另一類是利用線性光學(xué)技術(shù)，通過“復(fù)制”已有脈沖序列，從新排序的方式提高重復(fù)頻率，如拍頻多個(gè)準(zhǔn)連續(xù)波頻率線和啁啾寬帶脈沖延時(shí)復(fù)制。而光參量放大技術(shù)則是另一種極具潛力，間接產(chǎn)生超短脈沖方法，通過使用具有較高重復(fù)頻率，寬時(shí)間寬度的激光脈沖作為信號(hào)光，與連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)的泵浦激光經(jīng)過非線性介質(zhì)中，在滿足相位匹配條件的情況下，拓展信號(hào)光的光譜寬度，隨后使用復(fù)雜的壓縮裝置壓縮信號(hào)脈沖，獲得高重復(fù)頻率、窄時(shí)間寬度的脈沖。然而參量放大技術(shù)通常需要具有寬的工作帶寬，但也需要不同頻率分量之間的嚴(yán)格相位匹配條件。后一種約束可以通過使用周期性極化結(jié)構(gòu)或使用雙折射晶體來實(shí)現(xiàn)。這些限制因素導(dǎo)致參量放大激光器需要復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)，在空間、時(shí)域、頻域維度精確調(diào)控光場(chǎng)，導(dǎo)致參量放大系統(tǒng)體積龐大造價(jià)昂貴。因此，如何形成穩(wěn)定的功率振蕩，實(shí)現(xiàn)超短脈沖的產(chǎn)生成為一個(gè)亟待解決的問題。

3、上述內(nèi)容僅用于輔助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供了一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置及方法，旨在解決如何形成穩(wěn)定的功率振蕩，實(shí)現(xiàn)超短脈沖的產(chǎn)生的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置，所述基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置包括激光器、強(qiáng)度調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器、非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)及波分復(fù)用器；

3、所述激光器，用于發(fā)射泵浦光至所述強(qiáng)度調(diào)制器；

4、所述強(qiáng)度調(diào)制器，用于基于所述泵浦光加載所述強(qiáng)度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸出的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光，并通過泵浦光耦合聚焦透鏡將所述振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光耦合至所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)；

5、所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)，用于根據(jù)所述振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光將參量增益波導(dǎo)中的閑頻光轉(zhuǎn)移至參量耗散波導(dǎo)內(nèi)，獲得參量脈沖信號(hào)光，并將所述參量脈沖信號(hào)光通過信號(hào)光耦合聚焦透鏡耦合輸入至所述波分復(fù)用器；

6、所述波分復(fù)用器，用于濾除所述參量脈沖信號(hào)光內(nèi)的殘余泵浦光，以獲得光參量超短脈沖。

7、可選地，所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)包括參量增益波導(dǎo)和參量耗散波導(dǎo)；

8、所述參量增益波導(dǎo)，用于根據(jù)所述振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光通過相位匹配條件生成信號(hào)光和閑頻光；

9、所述參數(shù)增益波導(dǎo)，還用于將所述閑頻光轉(zhuǎn)移至所述參量耗散波導(dǎo)內(nèi)，阻斷所述信號(hào)光，以獲得參量脈沖信號(hào)光。

10、可選地，所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括硅基基板；

11、通過晶體鍵合工藝將所述參量增益波導(dǎo)和所述參量耗散波導(dǎo)固定在所述硅基基板上。

12、可選地，所述參量增益波導(dǎo)，還用于確定所述驅(qū)動(dòng)泵浦光的波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)；

13、所述參量增益波導(dǎo)，還用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)泵浦光的波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)確定周期激化鈮酸鋰波導(dǎo)的極化周期；

14、所述參量增益波導(dǎo)，還用于根據(jù)所述極化周期確定相位匹配條件。

15、可選地，所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括參量耗散調(diào)制驅(qū)動(dòng)器和金屬電極；

16、所述參量耗散調(diào)制驅(qū)動(dòng)器，用于將產(chǎn)生的電壓通過所述金屬電極加載至所述參量耗散波導(dǎo)上，以調(diào)制所述參量耗散波導(dǎo)的折射率，產(chǎn)生倏逝波效應(yīng)；

17、所述參數(shù)增益波導(dǎo)，還用于基于所述倏逝波效應(yīng)根據(jù)宇稱時(shí)間對(duì)稱閾值將所述將閑頻光轉(zhuǎn)移至所述參量耗散波導(dǎo)內(nèi)，以阻斷所述信號(hào)光，獲得參量脈沖信號(hào)光。

18、可選地，所述基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置還包括耗散激勵(lì)光聚焦透鏡；

19、所述耗散激勵(lì)光聚焦透鏡，用于將調(diào)制的耗散激勵(lì)光傳輸至所述參量耗散波導(dǎo)；

20、所述參數(shù)增益波導(dǎo)，還用于根據(jù)宇稱時(shí)間對(duì)稱閾值將所述閑頻光轉(zhuǎn)移至所述參量耗散波導(dǎo)，以使所述參量耗散波導(dǎo)基于所述調(diào)制的耗散激勵(lì)光調(diào)制所述閑頻光的光子密度，以阻斷所述信號(hào)光，獲得參量脈沖信號(hào)光。

21、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生方法，所述基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生方法包括：

22、激光器發(fā)射泵浦光至強(qiáng)度調(diào)制器；

23、所述強(qiáng)度調(diào)制器基于所述泵浦光加載所述強(qiáng)度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸出的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光，并通過泵浦光耦合聚焦透鏡將所述振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光耦合至非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)；

24、所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)根據(jù)所述振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光將參量增益波導(dǎo)中的閑頻光轉(zhuǎn)移至參量耗散波導(dǎo)內(nèi)，獲得參量脈沖信號(hào)光，并將所述參量脈沖信號(hào)光通過信號(hào)光耦合聚焦透鏡耦合輸入至波分復(fù)用器；

25、所述波分復(fù)用器濾除所述參量脈沖信號(hào)光內(nèi)的殘余泵浦光，以獲得光參量超短脈沖。

26、本發(fā)明首先通過激光器發(fā)射泵浦光至所述強(qiáng)度調(diào)制器，然后強(qiáng)度調(diào)制器基于泵浦光加載強(qiáng)度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸出的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光，并通過泵浦光耦合聚焦透鏡將振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光耦合至非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)，之后在非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)調(diào)制幅度的變化將參量增益波導(dǎo)中的閑頻光轉(zhuǎn)移至參量耗散波導(dǎo)，并在參量增益波導(dǎo)中獲得參量脈沖信號(hào)光，并將參量脈沖信號(hào)光通過信號(hào)光耦合聚焦透鏡耦合輸入至波分復(fù)用器，最后波分復(fù)用器濾除所述參量脈沖信號(hào)光內(nèi)的殘余泵浦光，以獲得光參量超短脈沖。本發(fā)明根據(jù)非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)通過構(gòu)建穩(wěn)定的波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非厄米光學(xué)系統(tǒng)宇稱時(shí)間對(duì)稱閾值附近的增益開關(guān)效應(yīng)來直接產(chǎn)生超短脈沖串。

技術(shù)特征：

1.一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置包括激光器、強(qiáng)度調(diào)制器、強(qiáng)度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器、非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)及波分復(fù)用器；

2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)包括參量增益波導(dǎo)和參量耗散波導(dǎo)；

3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括硅基基板；

4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述參量增益波導(dǎo)，還用于確定所述驅(qū)動(dòng)泵浦光的波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)；

5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括參量耗散調(diào)制驅(qū)動(dòng)器和金屬電極；

6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置還包括耗散激勵(lì)光聚焦透鏡；

7.一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生方法，其特征在于，所述基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于非厄米相位匹配的光參量超短脈沖產(chǎn)生裝置及方法，包括：激光器發(fā)射泵浦光至強(qiáng)度調(diào)制器；強(qiáng)度調(diào)制器基于泵浦光加載強(qiáng)度調(diào)制驅(qū)動(dòng)器輸出的正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，獲得振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光，通過泵浦光耦合聚焦透鏡將振幅調(diào)制的驅(qū)動(dòng)泵浦光耦合至非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)；在非厄米光學(xué)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)調(diào)制幅度的變化將參量增益波導(dǎo)中的閑頻光轉(zhuǎn)移至參量耗散波導(dǎo)，并在參量增益波導(dǎo)中獲得參量脈沖信號(hào)光，將參量脈沖信號(hào)光通過信號(hào)光耦合聚焦透鏡耦合輸入至波分復(fù)用器；波分復(fù)用器濾除參量脈沖信號(hào)光內(nèi)的殘余泵浦光，獲得光參量超短脈沖。本發(fā)明通過構(gòu)建的波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)非厄米光學(xué)系統(tǒng)宇稱時(shí)間對(duì)稱閾值附近的增益開關(guān)效應(yīng)來直接產(chǎn)生超短脈沖。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洋,孫曉杰,楊經(jīng)義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢中科銳擇光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19