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飞秒和皮秒激光的主动同步及相互和频的研究

赵环  王鹏  韩海年  张炜  魏志义  
【摘要】:本文我们利用自制的双锁相环电路,通过精密电子反馈系统,实现了中心波长810nm的钛宝石飞秒激光器与1064nm波长皮秒Nd:YVO4激光器的主动同步。在此基础上,通过BBO晶体对这两台同步激光器所输出的飞秒脉冲和皮秒脉冲的和频,得到了中心波长为460nm的宽带超短激光脉冲。这一工作不仅给出了同步不同波长、不同脉冲宽度激光的一般方法,而且也证明了通过和频、差频两种激光产生新波长超短脉冲激光的一种全新技术方案。实验中我们所用的飞秒钛宝石振荡器系自建而成,脉宽小于20fs,其中一个平面端镜置于压电陶瓷上,通过电路反馈而调节锁模脉冲的重复频率。皮秒激光器由奥地利High-Q公司提供,其由808nm波长的二极管激光直接泵浦,用半导体可饱和吸收反射镜 (SESAM)进行锁模,其输出激光的平均功率为3W,脉宽为7ps。两激光的同步过程是,首先将皮秒激光器输出的部分激光入射到快速光电二级管中产生重复频率信号,将其作为参考频率,与另一光电二极管接收到的飞秒激光的重复频率信号做比较,两高频信号经混频后所产生的误差信号通过电子伺服系统反馈到钛宝石激光器的压电陶瓷上,从而反馈锁定腔长使得钛宝石激光器输出的飞秒脉冲与Nd:YVO4 激光器输出的皮秒脉冲保持同步。实验中我们设计制作的电子反馈装置由两套锁相环组成,先由其中一个驱动压电陶瓷锁定两激光的基本重复频率,调节腔外的延时器,当两激光脉冲在BBO晶体处接近重合后切换到另一锁相环。第二个锁相环采用对两激光重复频率89次谐波的鉴相混频,驱动压电陶瓷可使两台激光器输出的激光脉冲精确同步,进一步调节光路延时后,两激光脉冲到达BBO晶体的时间将完全重合,对应的时间抖动会远低于1ps,因此完全可以达到和频对两激光同步精度的要求。实验测得和频激光脉冲的中心波长为460nm,光谱带宽约为5.5nm,激光的同步信息由计算机监控,并利用精密步进电机实时补偿由于温度等因素造成的相对腔长变化。结果表明两台激光器可长期精确同步,并始终伴随着稳定的和频激光输出。

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