多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法，該方法采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)將fs/ps的脈沖展寬至數(shù)納秒量級(jí)：第一級(jí)展寬fs/ps—10ps、第二級(jí)展寬單元10ps—100ps和第三級(jí)展寬單元100ps—ns。每級(jí)展寬均由數(shù)個(gè)展寬單元構(gòu)成，其展寬單元結(jié)構(gòu)基于偏振分束原理，使得不同偏振態(tài)的激光在空間或者光纖中經(jīng)過(guò)的光程不同，或者在雙折射晶體中引入的折射率不同，實(shí)現(xiàn)子脈沖之間延時(shí)的精確控制，經(jīng)過(guò)N個(gè)展寬單元，一個(gè)初始脈沖最終被分解為2N個(gè)子脈沖，實(shí)現(xiàn)高倍率的脈沖展寬。本發(fā)明對(duì)入射激光的光譜無(wú)限制，分離式的展寬結(jié)構(gòu)降低了每個(gè)子脈沖的能量，在最終出射端加入法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，即可在入射端實(shí)現(xiàn)偏振合束，實(shí)現(xiàn)高能量超短激光脈沖。
【專利說(shuō)明】多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高能激光【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)現(xiàn)高功率、高峰值強(qiáng)度的激光脈沖一直是激光【技術(shù)領(lǐng)域】的重要研究方向。在許多新興的應(yīng)用，如激光尾波場(chǎng)加速，X射線，Y射線，電子和光子束產(chǎn)生及其他相關(guān)的強(qiáng)場(chǎng)物質(zhì)相互作用中，對(duì)于激光脈沖，同時(shí)需要滿足數(shù)千瓦量級(jí)的平均功率和極高的單脈沖能量，例如，激光尾波場(chǎng)加速大都需要IO18 W/cm2或更高的峰值功率密度。
[0003]盡管現(xiàn)在已經(jīng)能在單根光纖中，實(shí)現(xiàn)10 kW平均功率的連續(xù)激光輸出，但對(duì)于脈沖激光，由于光纖中各種非線性效應(yīng)，如受激拉曼散射、受激布里淵散射、自相位調(diào)制、四波混頻等的存在，脈沖寬度小于皮秒的超短脈沖的能量極限是I mj左右；對(duì)于脈沖寬度為幾個(gè)納秒的長(zhǎng)脈沖，受限于石英等光學(xué)材料的損傷閾值，其峰值能量密度很難超過(guò)50 J/cm2。
[0004]一系列的應(yīng)用需求單脈沖能量大且峰值功率密度高的超短超強(qiáng)激光。單根光纖即使是大模場(chǎng)的雙包層光纖或光子晶體光纖能承受的脈沖能量或脈沖峰值功率受限于材料的損傷閾值，而且，超短脈沖的放大需盡可能地避免光纖中非線性效應(yīng)的影響?？刹捎脤⒁粋€(gè)超短激光脈沖分為若干個(gè)(例如幾千或幾萬(wàn)個(gè))子脈沖，盡可能地提高脈沖的重復(fù)頻率，降低單個(gè)脈沖的能量，實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光向準(zhǔn)連續(xù)激光的轉(zhuǎn)換，這樣就可以降低放大過(guò)程中與脈沖能量相關(guān)的非線性效應(yīng)的不利影響，最后通過(guò)脈沖合束及壓縮裝置，獲得高能量超短激光脈沖。在技術(shù)實(shí)施上，主要面臨二個(gè)問(wèn)題:一是如何實(shí)現(xiàn)高倍率的脈沖分束，把一個(gè)主脈沖分解為時(shí)域上分離的幾千或幾萬(wàn)個(gè)子脈沖；二是如何控制分離的激光子脈沖在放大后能合成為一個(gè)主脈沖，要求在脈沖合成中不會(huì)攜帶有附加相位噪聲或子脈沖延時(shí)的抖動(dòng)，同時(shí)要求脈沖在放大過(guò)程中的非線性相移盡可能小。
[0005]傳統(tǒng)的超短脈沖展寬裝置，如根據(jù)不同頻率成分的光在材料中傳播速度不同，而引入色散管理的啁啾脈沖展寬裝置，采用光柵或者棱鏡的空間結(jié)構(gòu)，可以將飛秒、皮秒量級(jí)的超短脈沖展寬至納秒量級(jí)，啁啾展寬脈沖放大后實(shí)施脈沖壓縮。這一啁啾脈沖放大與壓縮技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成功，成為超快科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】的主流技術(shù)。但上述結(jié)構(gòu)對(duì)入射脈沖光譜寬度要求高，不宜精確控制展寬量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以集成，光路對(duì)準(zhǔn)難度大；采用長(zhǎng)距離單模光纖結(jié)合光纖光柵的全光纖結(jié)構(gòu)超短脈沖展寬器，存在帶寬窄，累計(jì)的高階色散無(wú)法壓縮的缺點(diǎn)。啁啾脈沖放大技術(shù)應(yīng)用于全光纖結(jié)構(gòu)的激光脈沖放大系統(tǒng)面臨較大的困難，難以實(shí)現(xiàn)大于ImJ的超短激光脈沖放大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題和缺點(diǎn)而提供的一種多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法，該方法先將單個(gè)脈沖按偏振態(tài)進(jìn)行分束，對(duì)不同偏振態(tài)的激光脈沖，引入不同的光程或折射率，使單個(gè)超短脈沖分解成兩個(gè)偏振態(tài)不同、時(shí)間上分開(kāi)的子脈沖。然后將分解后的每個(gè)子脈沖再次分解，再次獲得兩個(gè)偏振態(tài)不同、時(shí)間上分開(kāi)的脈沖。每經(jīng)過(guò)一次分解，I個(gè)超短脈沖就會(huì)被分解為2個(gè)，經(jīng)過(guò)N次分解后，最初的I個(gè)超短脈沖會(huì)被分解為2N個(gè)子脈沖，通過(guò)優(yōu)化每次分解過(guò)程中，對(duì)不同偏振態(tài)的激光引入的光程或折射率的差異，可精確控制每個(gè)子脈沖間的延時(shí)，實(shí)現(xiàn)高倍率任意間隔的脈沖時(shí)域展寬。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法，特點(diǎn)在于該方法采用三級(jí)展寬來(lái)實(shí)現(xiàn)將fs/pS的脈沖展寬至數(shù)納秒量級(jí)，所述三級(jí)展寬為:第一級(jí)展寬fs/ps — 10pS、第二級(jí)展寬IOps — IOOps和第三級(jí)展寬IOOps—ns，每級(jí)展寬均由數(shù)個(gè)展寬單元構(gòu)成，其展寬單元結(jié)構(gòu)為下列結(jié)構(gòu)的一種:
⑴、由一塊雙折射晶體及一個(gè)偏振控制器構(gòu)成，脈沖經(jīng)過(guò)偏振控制器后，從雙折射晶體的一面入射，從晶體的另一面出射。
[0008]⑵、由兩塊同樣大小的雙折射晶體及一個(gè)偏振控制器構(gòu)成，脈沖經(jīng)過(guò)偏振控制器后，從一塊雙折射晶體入射，從另一塊雙折射晶體出射；
⑶、由一個(gè)環(huán)形鏡、一個(gè)偏振控制器、一個(gè)偏振分束器、一個(gè)延時(shí)器和兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從環(huán)形鏡的輸入端入射，從環(huán)形鏡的輸出端出射；
⑷、由一個(gè)偏振控制器、一個(gè)偏振分束器、一個(gè)延時(shí)器和兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡構(gòu)成，脈沖從偏振分束器的一個(gè)端口入射，從偏振分束器的另一個(gè)端口出射；
(5)、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)偏振分束器、一個(gè)延時(shí)器及兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射。
[0009](6)、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)偏振分束器及兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射；
(7)、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)偏振分束器及四個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射；
⑶、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)粘合在一起的偏振分束器和一個(gè)錐形的晶體或玻璃組合而成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射；
⑶、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)粘合在一起的偏振分束器和兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射。
[0010]所述偏振控制器為二分之一波片即半波片或者是應(yīng)力型光纖偏振控制器。
[0011]所述偏振分束器、偏振控制器、延時(shí)器、環(huán)形鏡、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡為空間結(jié)構(gòu)或帶尾纖的全光纖結(jié)構(gòu)。
[0012]本發(fā)明的第一級(jí)展寬對(duì)不同偏振態(tài)引入的延時(shí)很小，一般為1-2個(gè)皮秒，對(duì)應(yīng)的空間長(zhǎng)度不到I毫米，因此采用基于雙折射的脈沖展寬單元結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)三四個(gè)單元結(jié)構(gòu)的疊加，可實(shí)現(xiàn)將飛秒脈沖展寬至IOps量級(jí)(其中飛秒量級(jí)的脈沖經(jīng)光學(xué)器件會(huì)發(fā)生啁啾脈沖展寬)；第二級(jí)展寬對(duì)不同偏振態(tài)引入的延時(shí)一般為數(shù)十皮秒，常用基于偏振分束器的空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)精確控制分離后兩個(gè)互相垂直偏振態(tài)脈沖的空間光程差，實(shí)現(xiàn)將IOps左右的脈沖展寬至IOOps ;第三級(jí)展寬對(duì)不同偏振態(tài)引入的延時(shí)較大，常用光纖延時(shí)結(jié)構(gòu)，控制延時(shí)光纖的長(zhǎng)度，引入較大的光程差，實(shí)現(xiàn)將IOOps的脈沖展寬至數(shù)納秒量級(jí)。
[0013]本發(fā)明的展寬單元結(jié)構(gòu)可以不斷疊加，通過(guò)控制每級(jí)展寬引入的光程差，實(shí)現(xiàn)任意間距的脈沖分離展寬功能，可以把脈沖從飛秒/皮秒分離展寬至數(shù)十或數(shù)百納秒甚至準(zhǔn)連續(xù)的長(zhǎng)脈沖，利于實(shí)現(xiàn)大能量的脈沖放大，提高泵浦光能量利用效率，降低放大脈沖的峰值功率從而避免高峰值功率脈沖對(duì)放大介質(zhì)可能的損傷，同時(shí)可減少放大過(guò)程的非線性B積分，并抑制放大過(guò)程伴生的噪聲。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)、與基于光柵、棱鏡的傳統(tǒng)展寬器相比，本發(fā)明的光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好。
[0015]⑵、本發(fā)明的光路中，激光脈沖的入射角度為垂直入射或者45度反射，無(wú)需精確控制入射角度，降低對(duì)準(zhǔn)的要求，易于集成。
[0016]⑶、每級(jí)展寬的展寬量可通過(guò)展寬單元結(jié)構(gòu)中延時(shí)晶體或者延時(shí)光纖的長(zhǎng)度來(lái)精確控制，便于調(diào)節(jié)。
[0017]⑷、本發(fā)明展寬與脈沖光譜寬度無(wú)關(guān)，相比于傳統(tǒng)依靠色散實(shí)現(xiàn)展寬的展寬器，通用性更廣，對(duì)入射激光脈沖的光譜無(wú)要求。
[0018](5)、分離式的脈沖展寬，降低了單個(gè)脈沖的能量，避免高功率放大過(guò)程中因脈沖能量過(guò)大引起的器件損傷。
[0019](6)、根據(jù)不同偏振態(tài)具有不同的光程，實(shí)現(xiàn)脈沖展寬，與傳統(tǒng)的基于色散的展寬器相比，幾乎不引入高階色散等非線性效應(yīng)，有利于后續(xù)壓縮實(shí)現(xiàn)超短脈沖。
[0020](7)、展寬后的脈沖具有穩(wěn)定的偏振態(tài)，在倍頻等偏振敏感的應(yīng)用中，能獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換效率。
[0021](8)、在展寬單元結(jié)構(gòu)的輸出端加入法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡，反向傳輸?shù)墓馐?jīng)過(guò)單元結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)偏振分離脈沖的合束，即該單元結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖分離展寬與分離脈沖的合束。
[0022]⑶、通過(guò)疊加展寬單元結(jié)構(gòu)，精確控制展寬量，可將超短脈沖展寬至納秒量級(jí)，展寬倍率高。
[0023](10)、本發(fā)明對(duì)入射光譜無(wú)要求，展寬過(guò)程中不影響激光脈沖的光譜分布，可以用于多波段脈沖的同時(shí)展寬及壓縮。
[0024](11)、本發(fā)明簡(jiǎn)單，所用器件均為常規(guī)器件，便于集成化及大能量的放大，適合獲得高穩(wěn)定度、高功率的綠光、紫外等波段的激光輸出。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為高倍率偏振分離式展寬結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為實(shí)施例1等間隔高倍率偏振分離式脈沖展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖3為實(shí)施例2任意間隔高倍率偏振分離式脈沖展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖4-9為基于雙折射晶體的展寬結(jié)構(gòu)，適用于第一級(jí)展寬單元(fs/ps — IOps)的脈沖展寬(其中飛秒量級(jí)的脈沖經(jīng)光學(xué)器件會(huì)發(fā)生啁啾脈沖展寬)，具體為:
圖4為基于雙折射晶體偏振展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖5為兩級(jí)基于雙折射晶體偏振展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖6為多級(jí)基于雙折射晶體偏振展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖7為基于雙折射晶體偏振展寬的另一種單元結(jié)構(gòu)圖； 圖8為兩級(jí)基于雙折射晶體偏振展寬的另一種結(jié)構(gòu)圖；
圖9為多級(jí)基于雙折射晶體偏振展寬的另一種結(jié)構(gòu)圖；
圖10-19為空間展寬結(jié)構(gòu)，能對(duì)延時(shí)精密調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高倍率的偏振脈沖分離展寬，適用于第二級(jí)(IOps — IOOps)或者第三級(jí)展寬單元(IOOps — ns)的脈沖展寬，具體為:
圖10為單偏振分束器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖11為單偏振分束器的另一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖12為帶光纖延時(shí)器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖13為兩級(jí)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖14為多級(jí)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖15為帶延時(shí)晶體的兩個(gè)分離偏振分束器的展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖16為兩個(gè)分離的偏振分束器的展寬單元的一種結(jié)構(gòu)圖；
圖17為粘合式偏振分束器展寬單元的一種結(jié)構(gòu)圖；
圖18為粘合式偏振分束器展寬單元的另一種結(jié)構(gòu)圖；
圖19為全光纖單偏振分束器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖20-25為全光纖展寬結(jié)構(gòu)，適用于第三級(jí)展寬單元(IOOps—ns)的脈沖展寬，具體
為:
圖20為全光纖結(jié)構(gòu)單個(gè)偏振分束器的展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖21為兩級(jí)全光纖結(jié)構(gòu)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖22為多級(jí)全光纖結(jié)構(gòu)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖23為多級(jí)粘合式偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖；
圖24為全光纖兩個(gè)偏振分束器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖；
圖25為多級(jí)全光纖展寬結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述，但不僅限于以下實(shí)施例。
[0027]參閱圖1，本發(fā)明采用三級(jí)展寬來(lái)實(shí)現(xiàn)將fs/ps的脈沖展寬至數(shù)納秒量級(jí)，所述三級(jí)展寬為:第一級(jí)展寬(fs/ps—IOps),第二級(jí)展寬(IOps—IOOps)和第三級(jí)展寬(IOOps—ns)。其中，第一級(jí)展寬對(duì)不同偏振態(tài)引入的延時(shí)很小，一般為l_2ps，對(duì)應(yīng)的空間長(zhǎng)度不到I毫米，因此采用基于雙折射的脈沖展寬單元結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)三四個(gè)展寬單元結(jié)構(gòu)的疊加，實(shí)現(xiàn)將飛秒脈沖展寬至IOps量級(jí)(其中飛秒量級(jí)的脈沖經(jīng)光學(xué)器件會(huì)發(fā)生啁啾脈沖展寬)；第二級(jí)展寬對(duì)不同偏振態(tài)引入的延時(shí)一般為數(shù)十皮秒，常用基于偏振分束器的空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)精確控制分離后兩個(gè)互相垂直偏振態(tài)脈沖的空間光程差，實(shí)現(xiàn)將IOps左右的脈沖展寬至IOOps ;第三級(jí)展寬對(duì)不同偏振態(tài)引入的延時(shí)較大，常用光纖延時(shí)結(jié)構(gòu)，控制延時(shí)光纖的長(zhǎng)度，引入較大的光程差，實(shí)現(xiàn)將IOOps的脈沖展寬至數(shù)納秒量級(jí)甚至更長(zhǎng)。
[0028]實(shí)施例1
參閱圖2，該圖為等間隔高倍率偏振分離式脈沖展寬結(jié)構(gòu)圖，包括三級(jí)展寬，每級(jí)展寬由四個(gè)級(jí)聯(lián)的展寬單元構(gòu)成。所用器件包括雙折射晶體13，半波片11，反射鏡4，空間偏振分束器1，延時(shí)光纖7，帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10。初始入射脈沖經(jīng)一個(gè)展寬單元，被分解為偏振方向彼此垂直，幅度一致的兩個(gè)子脈沖，再經(jīng)過(guò)下一個(gè)展寬單元，調(diào)節(jié)兩個(gè)展寬單元之間的半波片，使得第一個(gè)展寬單元輸出的脈沖偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，再入射到第二個(gè)展寬單元，或者是通過(guò)對(duì)晶體空間方位角度安排實(shí)現(xiàn)激光脈沖的偏振控制，使得前后級(jí)相鄰的雙折射晶體或者偏振分束器以激光脈沖傳播方向?yàn)檗D(zhuǎn)軸，軸向夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)。同時(shí)，第二個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量為第一級(jí)展寬雙折射晶體數(shù)量的兩倍，按照如圖結(jié)構(gòu)，每一個(gè)展寬單元的入射脈沖偏振方向相對(duì)于前一個(gè)的出射脈沖，均旋轉(zhuǎn)了 45度，或者是前后級(jí)相鄰的偏振分束器的入射面之間夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)。每一個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量均為前一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，經(jīng)過(guò)第一級(jí)的四個(gè)展寬單元，實(shí)現(xiàn)一個(gè)初始脈沖分離為16個(gè)子脈沖。合理選擇晶體長(zhǎng)度，使得每?jī)蓧K晶體引入的延時(shí)量為lps，經(jīng)第一級(jí)展寬后，脈沖時(shí)域長(zhǎng)度為16ps。
[0029]之后將分離后的脈沖經(jīng)過(guò)第二級(jí)四個(gè)基于偏振分束器的展寬，每一個(gè)展寬單元前均有偏振控制器調(diào)節(jié)入射脈沖的偏振方向，保證經(jīng)過(guò)偏振分束器I后的兩個(gè)脈沖均有相同的強(qiáng)度，每個(gè)展寬單元引入的空間光程差均為前一個(gè)展寬單元光程差的2倍，經(jīng)過(guò)級(jí)聯(lián)的四個(gè)展寬單元，在輸出端實(shí)現(xiàn)將入射的16個(gè)脈沖分離為256個(gè)子脈沖，例如，可以精密調(diào)節(jié)每個(gè)展寬單元的延時(shí)距離，使得第一個(gè)展寬單元引入16ps的延時(shí)，最終在輸出端的脈沖時(shí)域長(zhǎng)度為256ps。
[0030]再將第二級(jí)脈沖展寬輸出的脈沖入射到由四個(gè)基于光纖延時(shí)單元構(gòu)成的第三級(jí)的展寬中，每一個(gè)展寬單元中，延時(shí)光纖的長(zhǎng)度均為前一個(gè)展寬單元延時(shí)光纖的2倍，精密調(diào)節(jié)每個(gè)展寬單元中延時(shí)光纖的長(zhǎng)度，使得第一個(gè)展寬單元引入256ps的延時(shí)，最終在輸出端，256個(gè)初始脈沖被分解為4096個(gè)子脈沖，每個(gè)子脈沖之間間隔相同，例如可設(shè)定為間隔lps，則總共時(shí)域?qū)挾葹?.096ns，此即實(shí)現(xiàn)了高倍率等間隔的脈沖分離式展寬。
[0031]實(shí)施例2
參閱圖3，該圖為任意間隔高倍率偏振分離式脈沖展寬結(jié)構(gòu)圖，包括三級(jí)展寬，每級(jí)展寬由四個(gè)級(jí)聯(lián)的展寬單元構(gòu)成。所用器件包括雙折射晶體13，半波片11，反射鏡4，空間偏振分束器1，延時(shí)光纖7，帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10。初始入射脈沖經(jīng)過(guò)第一個(gè)展寬單元，被分解為偏振方向彼此垂直，幅度一致的兩個(gè)子脈沖，再經(jīng)過(guò)下一個(gè)展寬單元，調(diào)節(jié)兩級(jí)展寬單元之間的半波片，使得第一個(gè)展寬單元輸出的脈沖偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，再入射到第二個(gè)展寬單元，按照如圖結(jié)構(gòu)，每一個(gè)展寬單元的入射脈沖偏振方向相對(duì)于前一個(gè)的出射脈沖，均旋轉(zhuǎn)了 45度，或者是通過(guò)特殊空間方位角度安排實(shí)現(xiàn)激光脈沖的偏振控制，使得前后級(jí)相鄰的雙折射晶體或者偏振分束器以激光脈沖傳播方向?yàn)檗D(zhuǎn)軸，軸向夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)。之后將分離后的脈沖經(jīng)過(guò)第二級(jí)四個(gè)基于偏振分束器的展寬，每一個(gè)展寬單元前均有偏振控制器調(diào)節(jié)入射脈沖的偏振方向，保證經(jīng)過(guò)偏振分束器I后的兩個(gè)脈沖均有相同的強(qiáng)度，每個(gè)展寬單元引入的空間光程差任意，經(jīng)過(guò)級(jí)聯(lián)的四個(gè)展寬單元，再將第二級(jí)脈沖展寬輸出的脈沖入射到由四個(gè)基于光纖延時(shí)單元構(gòu)成的第三級(jí)的展寬中，最終在輸出端，一個(gè)初始脈沖被分解為4096個(gè)子脈沖。由于每級(jí)展寬引入的延時(shí)都可以通過(guò)調(diào)節(jié)雙折射晶體的長(zhǎng)度，空間光程長(zhǎng)度或者延時(shí)光纖的長(zhǎng)度來(lái)自由控制，因此，可以實(shí)現(xiàn)高倍率任意間隔的脈沖分離式展寬。
[0032]圖4-9為基于雙折射晶體的展寬結(jié)構(gòu)，適用于第一級(jí)(fs/ps — IOps)的脈沖展寬，實(shí)現(xiàn)將飛秒、皮秒量級(jí)的超短脈沖通過(guò)偏振分離的方法展寬到IOps量級(jí)。對(duì)于小于Ips的延時(shí)，對(duì)應(yīng)的空間光程差不到一毫米，采用基于空間延時(shí)或者光纖延時(shí)的展寬結(jié)構(gòu)，無(wú)法精確控制長(zhǎng)度。而雙折射晶體中，偏振彼此垂直的兩束光的折射率差別較小，并且雙折射晶體的長(zhǎng)度也受到晶體加工的限制，一般小于50mm，無(wú)法引入大于50ps的延時(shí)。下面分別介紹附圖4-9的具體結(jié)構(gòu):
圖4為雙折射晶體偏振展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括雙折射晶體13，半波片11。初始脈沖經(jīng)過(guò)半波片11后，入射到雙折射晶體13上，被分解為傳播方向不變的尋常光和傳播方向改變的非尋常光，由于雙折射效應(yīng)的作用，尋常光與非尋常光具有彼此垂直的偏振態(tài)，并且兩束光在晶體中的折射率也不同，因此兩束光的傳播速度也不同。通過(guò)選擇不同的雙折射晶體，合理設(shè)計(jì)晶體光軸與入射方向的夾角與晶體長(zhǎng)度，可對(duì)尋常光和非尋常光的光程差精密控制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)入射脈沖分離為兩個(gè)偏振彼此垂直的子脈沖。由于雙折射效應(yīng)，尋常光與非尋常光的傳播方向不同，空間上分開(kāi)，在第一塊雙折射晶體后再放置一塊大小完全相同的雙折射晶體，其光軸方向與第一塊雙折射晶體的光軸關(guān)于兩塊晶體的公共面對(duì)稱，即可實(shí)現(xiàn)尋常光與非尋常光空間分離的補(bǔ)償，將兩束光在空間上匯聚成一束。調(diào)節(jié)半波片11，兩個(gè)子脈沖的相對(duì)強(qiáng)度隨之發(fā)生變化。
[0033]圖5為兩個(gè)雙折射晶體偏振展寬結(jié)構(gòu)圖，包括雙折射晶體13，半波片11。初始入射脈沖經(jīng)過(guò)第一個(gè)展寬單元，被分解為偏振方向彼此垂直，幅度一致的兩個(gè)子脈沖，再經(jīng)過(guò)下一個(gè)展寬單元，調(diào)節(jié)兩個(gè)展寬單元之間的半波片，使得第一個(gè)展寬單元輸出的脈沖偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，或者是通過(guò)特殊空間方位角度安排實(shí)現(xiàn)激光脈沖的偏振控制，使得前后級(jí)相鄰的雙折射晶體以激光脈沖傳播方向?yàn)檗D(zhuǎn)軸，軸向夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)，再入射到第二個(gè)展寬單元，同時(shí)，第二個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量為第一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，按照如圖結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)脈沖分離為四個(gè)子脈沖，每個(gè)脈沖的幅度為初始脈沖的四分之一。
[0034]圖6為多個(gè)雙折射晶體偏振展寬結(jié)構(gòu)圖，包括雙折射晶體13，半波片11，反射鏡4。初始入射脈沖經(jīng)過(guò)第一個(gè)展寬單元，被分解為偏振方向彼此垂直，幅度一致的兩個(gè)子脈沖，再經(jīng)過(guò)下一個(gè)展寬單元，調(diào)節(jié)兩個(gè)展寬單元之間的半波片，使得第一個(gè)展寬單元輸出的脈沖偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，或者是通過(guò)特殊空間方位角度安排實(shí)現(xiàn)激光脈沖的偏振控制，使得前后級(jí)相鄰的雙折射晶體以激光脈沖傳播方向?yàn)檗D(zhuǎn)軸，軸向夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)，再入射到第二個(gè)展寬單元，同時(shí)，第二個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量為第一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，按照如圖結(jié)構(gòu)，每一個(gè)展寬單元的入射脈沖偏振方向相對(duì)于前一個(gè)的出射脈沖，均旋轉(zhuǎn)了 45度，每一個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量均為前一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，經(jīng)過(guò)N個(gè)展寬單元，實(shí)現(xiàn)I個(gè)初始脈沖分離為2N個(gè)子脈沖。反射鏡4的作用僅為改變光路布局。
[0035]圖7為雙折射晶體偏振展寬的另一種單元結(jié)構(gòu)圖，包括雙折射晶體13，半波片11。初始脈沖經(jīng)過(guò)半波片11后，入射到雙折射晶體13上，合理設(shè)計(jì)入射方向與光軸之間的夾角，保證被分解為后的尋常光和非尋常光在晶體中的傳播方向一致，由于雙折射效應(yīng)的作用，尋常光與非尋常光具有彼此垂直的偏振態(tài)，因此兩束光的傳播速度也不同。通過(guò)選擇不同的雙折射晶體，合理設(shè)計(jì)晶體長(zhǎng)度，可對(duì)尋常光和非尋常光的光程差精密控制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)入射脈沖分離為兩個(gè)偏振彼此垂直的子脈沖。調(diào)節(jié)半波片11，兩個(gè)子脈沖的相對(duì)強(qiáng)度隨之發(fā)生變化。[0036]圖8為兩個(gè)雙折射晶體偏振展寬的另一種結(jié)構(gòu)圖，包括雙折射晶體13，半波片11。初始入射脈沖經(jīng)過(guò)第一個(gè)展寬單元，被分解為偏振方向彼此垂直，幅度一致的兩個(gè)子脈沖，再經(jīng)過(guò)下一個(gè)展寬單元，調(diào)節(jié)兩個(gè)展寬單元之間的半波片，使得第一個(gè)展寬單元輸出的脈沖偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，或者是前后相鄰的雙折射晶體的入射面之間夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)，再入射到第二個(gè)展寬單元，同時(shí)，第二個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量為第一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，按照如圖結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)脈沖分離為四個(gè)子脈沖，每個(gè)脈沖的幅度為初始脈沖的四分之一。
[0037]圖9為多個(gè)雙折射晶體偏振展寬的另一種結(jié)構(gòu)圖，包括雙折射晶體13，半波片11，發(fā)射鏡4。初始入射脈沖經(jīng)過(guò)第一個(gè)展寬單元，被分解為偏振方向彼此垂直，幅度一致的兩個(gè)子脈沖，再經(jīng)過(guò)下一個(gè)展寬單元，調(diào)節(jié)兩個(gè)展寬單元之間的半波片，使得第一個(gè)展寬單元輸出的脈沖偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，或者是前后相鄰的雙折射晶體的入射面之間夾角為45度(在這種情況下，半波片11可以省略不用)，再入射到第二個(gè)展寬單元，同時(shí)，第二個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量為第一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，按照如圖結(jié)構(gòu)，每一個(gè)展寬單元的入射脈沖偏振方向相對(duì)于前一個(gè)的出射脈沖，均旋轉(zhuǎn)了 45度，每一個(gè)展寬單元雙折射晶體的數(shù)量均為前一個(gè)展寬單元雙折射晶體數(shù)量的兩倍，經(jīng)過(guò)N級(jí)展寬單元，實(shí)現(xiàn)I個(gè)初始脈沖分離為2N個(gè)子脈沖。反射鏡4的作用僅為改變光路布局。
[0038]圖10-19的為空間展寬結(jié)構(gòu)，能承受更高的功率，適用于第二級(jí)(IOps — IOOps)或者第三級(jí)(IOOps — ns)的脈沖展寬，實(shí)現(xiàn)將皮秒量級(jí)的超短脈沖通過(guò)偏振分離的方法展寬到數(shù)百皮秒甚至納秒量級(jí)。采用空間結(jié)構(gòu)的展寬單元能精細(xì)控制展寬量，下面分別介紹圖10-19的具體結(jié)構(gòu):
圖10所示的單偏振分束器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括空間結(jié)構(gòu)的偏振分束器1，空間結(jié)構(gòu)的環(huán)行器2，延時(shí)晶體或玻璃3，反射鏡4，半波片11。脈沖從環(huán)行器2的輸入端口入射，從環(huán)行器2的透射端口出射，經(jīng)過(guò)半波片11，再入射到偏振分束器I上，調(diào)節(jié)半波片11，使得入射在偏振分束器I的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接經(jīng)過(guò)反射鏡4反射，另一路脈沖先經(jīng)過(guò)延時(shí)晶體或玻璃3后，再經(jīng)過(guò)反射鏡反射，反射后，再次通過(guò)延時(shí)晶體或玻璃3，兩路脈沖被反射后，沿入射方向再次在偏振分束器I上匯聚成一束光，經(jīng)過(guò)半波片11，從環(huán)行器2的透射端口入射，最終從環(huán)行器2的第三個(gè)端口出射。經(jīng)過(guò)偏振分束器I后的兩路脈沖空間上分離，所走的光程不同，通過(guò)調(diào)節(jié)空間光路長(zhǎng)度或者延時(shí)晶體或玻璃3的長(zhǎng)度，能精確控制兩路脈沖的光程差，再經(jīng)過(guò)反射鏡反向入射到偏振分束器I時(shí)，兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0039]圖11為單偏振分束器的另一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括空間結(jié)構(gòu)的偏振分束器1，延時(shí)晶體或玻璃3，法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡9，半波片11。脈沖經(jīng)過(guò)半波片11，入射到偏振分束器I上，調(diào)節(jié)半波片11，使得入射在偏振分束器I的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡9反射，另一路脈沖先經(jīng)過(guò)延時(shí)晶體或玻璃3后，再經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡9反射，反射后，再次通過(guò)延時(shí)晶體或玻璃3，兩路脈沖被反射后，沿入射方向再次在偏振分束器I上匯聚成一束光，由于每路脈沖的偏振方向與初始入射時(shí)相比，均旋轉(zhuǎn)了 90度，因此匯聚后的激光脈沖從偏振控制器的另一端口輸出。兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0040]圖12為帶光纖延時(shí)器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括空間結(jié)構(gòu)的偏振分束器1，延時(shí)光纖7，帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10，半波片11，光纖準(zhǔn)直器14。脈沖經(jīng)過(guò)半波片11，入射到偏振分束器I上，調(diào)節(jié)半波片11，使得入射在偏振分束器I的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器14，耦合到光纖，直接經(jīng)過(guò)帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10反射，另一路脈沖通過(guò)光纖準(zhǔn)直器14，先耦合進(jìn)入延時(shí)光纖7后，再經(jīng)過(guò)帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10反射，反射后，再次通過(guò)延時(shí)光纖7，兩路脈沖被反射后，沿入射方向再次在偏振分束器I上匯聚成一束光，由于每路脈沖的偏振方向與初始入射時(shí)相t匕，均旋轉(zhuǎn)了 90度，因此匯聚后的激光脈沖從偏振控制器的另一端口輸出。兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0041]圖13為兩個(gè)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖，初始入射脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)展寬，分離為兩個(gè)子脈沖，通過(guò)控制第二個(gè)延時(shí)玻璃或晶體的長(zhǎng)度，使得第二個(gè)對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差為第一個(gè)的兩倍，即可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)初始脈沖按照偏振分離為四個(gè)子脈沖的展寬。
[0042]圖14為多個(gè)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖，初始入射脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)展寬，分離為兩個(gè)子脈沖，通過(guò)控制第二個(gè)延時(shí)玻璃或晶體的長(zhǎng)度，使得第二個(gè)對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差為第一個(gè)的兩倍，即可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)初始脈沖按照偏振分離為兩個(gè)，再分離為四個(gè)子脈沖的展寬。后續(xù)每一個(gè)展寬單元對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差均為前一個(gè)的兩倍，通過(guò)N個(gè)展寬單元的疊加，能實(shí)現(xiàn)將一個(gè)脈沖展寬為2N個(gè)子脈沖。
[0043]圖15為帶延時(shí)晶體的兩個(gè)分離偏振分束器的展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括兩個(gè)空間結(jié)構(gòu)的偏振分束器1，延時(shí)玻璃或晶體3，兩個(gè)反射鏡4，半波片11。脈沖經(jīng)過(guò)半波片11，入射到偏振分束器I上，調(diào)節(jié)半波片11，使得入射在偏振分束器I的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接經(jīng)過(guò)一個(gè)反射鏡4反射，另一路脈沖先經(jīng)過(guò)延時(shí)晶體或玻璃3后，再經(jīng)過(guò)另一個(gè)反射鏡4反射，兩路脈沖被反射后，在另一塊偏振分束器I上匯聚成一束光，兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0044]圖16為兩個(gè)分離的偏振分束器的展寬單元的一種結(jié)構(gòu)圖，包括兩個(gè)空間結(jié)構(gòu)的偏振分束器1，四個(gè)反射鏡4，一個(gè)半波片11。脈沖經(jīng)過(guò)半波片11，入射到偏振分束器I上，調(diào)節(jié)半波片11，使得入射在偏振分束器I的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接經(jīng)過(guò)一個(gè)反射鏡4反射，另一路脈沖經(jīng)過(guò)兩個(gè)反射鏡4，引入更長(zhǎng)的光程，再經(jīng)過(guò)一個(gè)反射鏡4反射，兩路脈沖被反射后，在另一塊偏振分束器I上匯聚成一束光，兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0045]圖17為粘合式偏振分束器展寬單元的一種結(jié)構(gòu)圖，包括粘合在一起的兩塊空間偏振分束器I，粘合在兩塊偏振分束器上的45度錐角玻璃棱鏡調(diào)整光路，一個(gè)半波片11。調(diào)節(jié)半波片11，使得分離后兩個(gè)偏振態(tài)的子脈沖強(qiáng)度一致，圖示結(jié)構(gòu)可使得按偏振分離后的兩路子脈沖在下一個(gè)偏振分束器上重新匯聚，通過(guò)調(diào)節(jié)縱向玻璃的長(zhǎng)度，可以調(diào)節(jié)兩路分離后子脈沖的間隔。
[0046]圖18為粘合式偏振分束器展寬單元的另一種結(jié)構(gòu)圖，包括粘合在一起的兩塊空間偏振分束器I，兩個(gè)反射鏡4，一個(gè)半波片11。脈沖經(jīng)過(guò)半波片11，入射到一個(gè)偏振分束器I上，調(diào)節(jié)半波片11，使得入射在偏振分束器I的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接經(jīng)過(guò)另一個(gè)偏振分束器，另一路脈沖經(jīng)過(guò)兩個(gè)反射鏡4，引入一定的光程，再反射到另一塊偏振分束器上。兩路脈沖在第二塊偏振分束器上匯聚，彼此空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0047]圖19為多級(jí)粘合式偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖，將圖18所示的結(jié)構(gòu)不斷疊加，調(diào)節(jié)每個(gè)單元結(jié)構(gòu)前的半波片，或者是通過(guò)特殊空間方位角度安排實(shí)現(xiàn)激光脈沖的偏振控制，使得前后級(jí)相鄰偏振分束器以激光脈沖傳播方向?yàn)檗D(zhuǎn)軸，軸向夾角為45度，保證每級(jí)的入射光均能按照偏振態(tài)彼此垂直的方向分離為兩個(gè)幅度一致的子脈沖，經(jīng)過(guò)N個(gè)展寬單元結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)將一個(gè)脈沖展寬為2N個(gè)子脈沖。
[0048]圖20-25的為全光纖展寬結(jié)構(gòu)，適用于第三級(jí)(IOOps — ns)的脈沖展寬，實(shí)現(xiàn)將皮秒量級(jí)的超短脈沖通過(guò)偏振分離的方法展寬到納秒量級(jí)，采用延時(shí)光纖的展寬單元適用于較大延時(shí)的脈沖展寬，下面分別介紹附圖20-25的具體結(jié)構(gòu):
圖20為全光纖單偏振分束器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖，6為光纖結(jié)構(gòu)的環(huán)行器，12為手動(dòng)或者電動(dòng)偏振控制器，5為光纖結(jié)構(gòu)的偏振分束器,7為延時(shí)光纖,8為帶尾纖的反射鏡。脈沖從環(huán)行器6的輸入端口入射，從環(huán)行器6的透射端口出射，經(jīng)過(guò)偏振控制器12，再入射到偏振分束器5上，調(diào)節(jié)偏振控制器12，使得入射在偏振分束器5的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接經(jīng)過(guò)反射鏡8反射，另一路脈沖先經(jīng)過(guò)延時(shí)光纖8后，再經(jīng)過(guò)反射鏡反射，反射后，再次通過(guò)延時(shí)光纖7，兩路脈沖被反射后，沿入射方向再次在偏振分束器5上匯聚成一束光，經(jīng)過(guò)偏振控制器12，從環(huán)行器6的透射端口入射，最終從環(huán)行器6的第三個(gè)端口出射。經(jīng)過(guò)偏振分束器5后的兩路脈沖空間上分離，所走的光程不同，通過(guò)調(diào)節(jié)延時(shí)光纖7的長(zhǎng)度，能精確控制兩路脈沖的光程差，再經(jīng)過(guò)反射鏡反向入射到偏振分束器5時(shí)，兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0049]圖21為全光纖結(jié)構(gòu)單個(gè)偏振分束器的展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括光纖結(jié)構(gòu)的四端口偏振分束器5，延時(shí)光纖7，帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10，偏振控制器12。脈沖經(jīng)過(guò)偏振控制器12，入射到偏振分束器5上，調(diào)節(jié)偏振控制器12，使得入射在偏振分束器5的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接被法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10反射，另一路脈沖先經(jīng)過(guò)延時(shí)光纖7后，再經(jīng)過(guò)帶尾纖的法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡10反射，反射后，再次通過(guò)延時(shí)光纖7,兩路脈沖被反射后,沿入射方向再次在偏振分束器5上匯聚成一束光，由于每路脈沖的偏振方向與初始入射時(shí)相比，均旋轉(zhuǎn)了 90度，因此匯聚后的激光脈沖從偏振控制器的另一端口輸出。兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0050]圖22為兩個(gè)全光纖結(jié)構(gòu)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖，初始入射脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)展寬，分離為兩個(gè)子脈沖，通過(guò)控制第二個(gè)延時(shí)光纖的長(zhǎng)度，使得第二個(gè)對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差為第一個(gè)的兩倍，即可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)初始脈沖按照偏振分離為四個(gè)子脈沖的展寬。
[0051]圖23為多個(gè)全光纖結(jié)構(gòu)單個(gè)偏振分束器的展寬結(jié)構(gòu)圖，初始入射脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)展寬，分離為兩個(gè)子脈沖，通過(guò)控制第二個(gè)延時(shí)光纖的長(zhǎng)度，使得第二個(gè)對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差為第一個(gè)的兩倍，即可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)初始脈沖按照偏振分離為兩個(gè)，再分離為四個(gè)子脈沖的展寬。后續(xù)每一個(gè)展寬單元對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差均為前一個(gè)的兩倍，通過(guò)N個(gè)展寬單元的疊加，能實(shí)現(xiàn)將一個(gè)脈沖展寬為2N個(gè)子脈沖。
[0052]圖24為全光纖兩個(gè)偏振分束器的一種展寬單元結(jié)構(gòu)圖，包括兩個(gè)光纖結(jié)構(gòu)的偏振分束器5，延時(shí)光纖7，偏振控制器12。脈沖經(jīng)過(guò)偏振控制器12，入射到偏振分束器5上，調(diào)節(jié)偏振控制器12，使得入射在偏振分束器5的脈沖被均等分為兩束偏振互相垂直的子脈沖，一路脈沖直接入射到另一個(gè)偏振分束器5，另一路脈沖先經(jīng)過(guò)延時(shí)光纖7后，再入射到另一個(gè)偏振分束器5，兩路脈沖匯聚成一束光，兩路脈沖空間上重合，時(shí)間上按光程差的大小分離為兩個(gè)子脈沖，子脈沖的幅度相同，均為初始脈沖的一半。
[0053]圖25為多個(gè)全光纖展寬結(jié)構(gòu)圖，初始入射脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)展寬，分離為兩個(gè)子脈沖，通過(guò)控制第二個(gè)延時(shí)光纖的長(zhǎng)度，使得第二個(gè)對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差為第一個(gè)的兩倍，即可實(shí)現(xiàn)將一個(gè)初始脈沖按照偏振分離為兩個(gè)，再分離為四個(gè)子脈沖的展寬。后續(xù)每一個(gè)展寬單元對(duì)不同偏振態(tài)引入的光程差均為前一個(gè)的兩倍，通過(guò)N個(gè)展寬單元的疊加，能實(shí)現(xiàn)將一個(gè)脈沖展寬為2N個(gè)子脈沖。
【權(quán)利要求】
1.一種多級(jí)級(jí)聯(lián)偏振分束的高倍率分離脈沖展寬方法，其特征在于該方法采用三級(jí)展寬來(lái)實(shí)現(xiàn)將fs/ps的脈沖展寬至數(shù)納秒量級(jí)，所述三級(jí)展寬為:第一級(jí)展寬fs/ps — 10pS、第二級(jí)展寬IOps—IOOps和第二級(jí)展寬IOOps—ns,每級(jí)展寬均由數(shù)個(gè)展寬單兀構(gòu)成,其展寬單元結(jié)構(gòu)為下列結(jié)構(gòu)的一種: ⑴、由一塊雙折射晶體及一個(gè)偏振控制器構(gòu)成，脈沖經(jīng)過(guò)偏振控制器后，從雙折射晶體的一面入射，從晶體的另一面出射； ⑵、由兩塊同樣大小的雙折射晶體及一個(gè)偏振控制器構(gòu)成，脈沖經(jīng)過(guò)偏振控制器后，從一塊雙折射晶體入射，從另一塊雙折射晶體出射； ⑶、由一個(gè)環(huán)形鏡、一個(gè)偏振控制器、一個(gè)偏振分束器、一個(gè)延時(shí)器和兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從環(huán)形鏡的輸入端入射，從環(huán)形鏡的輸出端出射； ⑷、由一個(gè)偏振控制器、一個(gè)偏振分束器、一個(gè)延時(shí)器和兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡構(gòu)成，脈沖從偏振分束器的一個(gè)端口入射，從偏振分束器的另一個(gè)端口出射； (5)、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)偏振分束器、一個(gè)延時(shí)器及兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射； (6)、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)偏振分束器及兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射； (7)、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)偏振分束器及四個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射； ⑶、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)粘合在一起的偏振分束器和一個(gè)錐形的晶體或玻璃組合而成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射； ⑶、由一個(gè)偏振控制器、兩個(gè)粘合在一起的偏振分束器和兩個(gè)反射鏡構(gòu)成，脈沖從一個(gè)偏振分束器入射，從另一個(gè)偏振分束器出射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述偏振控制器為二分之一波片即半波片或者是應(yīng)力型光纖偏振控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述偏振分束器、偏振控制器、延時(shí)器、環(huán)形鏡、反射鏡、法拉第旋轉(zhuǎn)反射鏡為空間結(jié)構(gòu)或帶尾纖的全光纖結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01S3/11GK103560391SQ201310569800
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】曾卓西, 楊康文, 曾和平 申請(qǐng)人:上海朗研光電科技有限公司