一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法与流程

1.本发明涉及一种超快激光器锁模技术，具体涉及一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法。


背景技术：

2.超短脉冲具有极窄的时域宽度、极高的峰值功率，在科学研究和工业生产中有很多的用处，例如激光诱导核聚变、激光精密加工、激光生物医疗、高速光通信等。产生超短脉冲的重要基础技术手段是锁模，通过加入主动或者被动的调制，使激光频谱中不同振荡的纵模之间具有确定的相位关系，从而使各个振荡纵模相干叠加，得到峰值功率极高的超短脉冲。
3.锁模技术大体上分为主动锁模和被动锁模。主动锁模可以采用电光调制器或者声光调制器，通过将上述主动调制器置于激光谐振腔内，在外界电学驱动信号的作用下使腔的损耗发生周期性的变化，进而改变各个纵模的幅度，选择相位能够相干叠加的纵模发生共振增强，实现主动锁模。被动锁模技术可以采用半导体、染料等类型的饱和吸收体来实现，通过在腔内加入透射或者反射类的饱和吸收体，对较弱的光信号引入大的损耗，而对较强的光信号引入小的损耗，较强的光信号多次往返腔内，获得增益，多个纵模相干叠加，实现超短脉冲输出。此外，目前使用极为广泛的钛蓝宝石超短脉冲激光器是通过克尔透镜效应自锁模实现超短脉冲输出的，这种锁模方式中，高强度的光脉冲在介质内产生克尔透镜，多次往返后，只有强脉冲在谐振腔内才能稳定存在。
4.但是，上述主动或者被动锁模技术，仍然面临着锁模阈值高、需要额外激励才能实现自启动锁模的问题。例如，主动锁模中加入的调制器，不可避免的对腔内引入额外的损耗，导致锁模阈值增加，在谐振腔实现锁模之后，激光每次往返腔内，调制器造成的损耗引起泵浦光转化效率下降。被动锁模中，为实现自启动锁模，通常需要先增加泵浦功率，引入一个随机的尖峰脉冲激励锁模，实现锁模后，为保护饱和吸收体，再把泵浦功率降下来，但是尖峰脉冲能量大，往往会损伤饱和吸收体。在钛蓝宝石自锁模中，实现锁模的方式是移动谐振腔的一面反射镜，通过机械扰动的方式引入激励脉冲，这种机械扰动会对光路对准造成影响，锁模的激励过程完全随机，也会导致锁模后的光谱形状和分布不一致，影响超短脉冲输出的一致性和稳定性。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法。
6.本发明提供了一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法，具有这样的特征，包括以下步骤：
7.步骤1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
8.步骤2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
9.步骤3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
10.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，注入光模块包括第一泵浦源、第一波分复用器、第一增益介质、第一锁模器件、延时调节器、第一输出耦合器、第一滤波器件和2个第一腔镜。
11.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
12.第一泵浦源产生的泵浦激光经过第一波分复用器耦合到第一增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第一锁模器件使其相位恒定，实现锁模；通过延时调节器使注入光模块和待锁模激光器模块的重复频率相同；通过第一滤波器件选出特定的波长，并经过第一输出耦合器输出注入光脉冲。
13.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，注入光模块包括第一泵浦源、第一双色镜、第一增益介质、第一锁模器件、第一输出耦合器、第一滤波器件和2个反射镜。
14.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
15.第一泵浦源通过第一双色镜作用到第一增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第一锁模器件使其相位恒定，实现锁模；将其中一个反射镜放置在位移平台上使注入光模块和待锁模激光器模块的重复频率相同；通过第一滤波器件选出特定的波长，并经过第一输出耦合器输出注入光脉冲。
16.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，注入光模块为直接调制的半导体激光器，直接调制的半导体激光器产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
17.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，具体为对注入光脉冲的功率进行放大，同时对注入光的光谱进行光谱滤波，选出特定的波长，产生优化注入光脉冲。
18.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，待锁模激光器模块包括第二泵浦源、第二波分复用器、第二增益介质、第二锁模器件、双波长耦合器件、第二滤波器件、第二输出耦合器和2个第二腔镜。
19.输出超短脉冲光的过程为：
20.注入光优化模块产生的优化注入光脉冲经过双波长耦合器件进入到待锁模激光器模块中，第二泵浦源经过第二波分复用器作用到第二增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第二锁模器件在相互作用介质中发生交叉相位调制作用，使得杂散子脉冲中与优化注入光脉冲时间重叠的部分获得额外的相位调制，经过多次振荡后形成稳定的优化注入光脉冲，最后，第二滤波器件将待锁模激光器模块中的优化注入光脉冲滤除，通过第二输出耦合器件输出超短脉冲光。
21.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，待锁模激光器模块包括第二泵浦源、两个第二双色镜、第二增益介质、第二锁模器件、第二输出耦合器和2个反射镜。
22.输出超短脉冲光的过程为：
23.注入光优化模块产生的优化注入光脉冲经过其中一个第二双色镜进入到待锁模激光器模块中，第二泵浦源经过通过另一个第二双色镜作用到第二增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第二锁模器件在相互作用介质中发生交叉相位调制作用，使得杂散子脉冲中与优化注入光脉冲时间重叠的部分获得额外的相位调制，经过多次振荡后形成稳定的优化注入光脉冲，通过第二输出耦合器件输出超短脉冲光。
24.在本发明提供的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，优化注入光脉冲和杂散子脉冲在交叉相位调制作用下辅助待锁模激光器锁模过程的建立，从而实现降低待锁模激光器的锁模阈值的目的。
25.发明的作用与效果
26.据本发明所涉及的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法，因为采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。上述过程通过注入与待锁模激光器重复频率相近的注入光脉冲，在交叉相位调制的作用下辅助待锁模激光器锁模过程的建立，大大降低了待锁模激光器的锁模阈值，避免了单个激光器锁模过程中由于锁模状态随机发生导致产生单脉冲时光谱以及泵浦功率有些许差异、锁模状态稳定性较差、锁模泵浦功率高、锁模瞬间强尖峰脉冲损坏锁模器件等问题。
27.注入光模块中加入延时调节器以及滤波器可以主动控制注入光脉冲的重复频率以及光谱参数，而功率放大模块以及光谱滤波模块则实现了功率值以及最终光谱参数的控制，相近的重复频率保证了优化注入光脉冲与带锁模脉冲时间部分重叠部分尽可能的多，由此受到的调制作用越强，更易达到锁模状态。
28.功率放大保证了不同注入功率下对于待锁模激光器锁模阈值的控制；光谱滤波则可以在一定范围的注入光源中选择特定波长且更利于同步的光谱参数，提高整体系统的稳定性，此外，通过操控注入光脉冲的光谱，还可以对失配长度、待锁模激光器的输出光谱进行主动控制。因此通过调节注入光脉冲参数可以有效降低待锁模激光器的锁模阈值、灵活操控失配距离、控制输出光谱、延长激光器的使用寿命、降低后期维修成本、提高激光器自身锁模状态稳定性。
附图说明
29.图1是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法流程图；
30.图2是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法原理结构图；
31.图3是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法作用机理图；
32.图4是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法辅助锁模示意图；
33.图5是本发明的实施例2中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图；
34.图6是本发明的实施例3中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
35.图7是本发明的实施例5中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
36.图8是本发明的实施例7中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
具体实施方式
37.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法作具体阐述。
38.<实施例1>
39.在实施例1中，提供了一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法。
40.图1是本发明的实施例1中注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法流程图。
41.如图1所示，本实施例所涉及的注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法包括以下步骤：
42.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
43.图2是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法原理结构图；
44.其中，步骤s1中，如图2所示，注入光模块100是一个重复频率、光谱参数可以操控的脉冲激光器，包括第一泵浦源、第一波分复用器、第一增益介质、第一锁模器件、延时调节器、第一输出耦合器、第一滤波器件和2个第一腔镜。
45.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
46.第一泵浦源产生的泵浦激光经过第一波分复用器耦合到第一增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第一锁模器件使其相位恒定，实现锁模；通过延时调节器使注入光模块和待锁模激光器模块的重复频率相同；通过第一滤波器件选出特定的波长，并经过第一输出耦合器输出注入光脉冲。
47.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
48.其中，步骤s2中，采用注入光优化模块200对注入光脉冲进行优化，具体为对注入光脉冲的功率进行放大，同时对注入光的光谱进行光谱滤波，选出特定的波长，产生优化注入光脉冲。
49.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
50.其中，步骤s3中，如图2所示，待锁模激光器模块300包括第二泵浦源、第二波分复用器、第二增益介质、第二锁模器件、双波长耦合器件、第二滤波器件、第二输出耦合器和2个第二腔镜。
51.输出超短脉冲光的过程为：
52.注入光优化模块产生的优化注入光脉冲经过双波长耦合器件进入到待锁模激光器模块中，第二泵浦源经过第二波分复用器作用到第二增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第二锁模器件在相互作用介质中发生交叉相位调制作用，使得杂散子脉冲中与优
化注入光脉冲时间重叠的部分获得额外的相位调制，经过多次振荡后形成稳定的优化注入光脉冲，最后，第二滤波器件将待锁模激光器模块中的优化注入光脉冲滤除，通过第二输出耦合器件输出超短脉冲光。
53.步骤s3中，优化注入光脉冲和杂散子脉冲在交叉相位调制作用下辅助待锁模激光器锁模过程的建立，从而实现降低待锁模激光器的锁模阈值的目的。
54.图3是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法作用机理图。
55.如图3所示，本实施例的机理主要是注入同步脉冲与待锁模激光器产生的杂散脉冲由于相互作用介质发生交叉相位调制从而使待锁模激光器在未达到自身锁模阈值的情况下便可产生脉冲光，也就是达到锁模状态，再通过滤波器件滤除优化注入光脉冲，最终在低锁模阈值下输出需要的超短脉冲。首先注入光脉冲间隔以及光谱参数由产生注入光脉冲的激光器决定。通常激光器达到锁模状态前会经过几种状态，分别为：无信号、杂散脉冲、不稳定调q脉冲和稳定调q脉冲，激光器状态取决于腔内泵浦功率，因此若想达到锁模状态则腔内需要足够高的能量即达到一定的锁模阈值，因此在未达到锁模阈值且泵浦功率较低时，待锁模激光器处于产生杂散脉冲状态。
56.优化注入光脉冲通过双波长耦合器件与杂散脉冲相遇，在相互作用介质中，优化注入光脉冲强度的变化会引起介质折射率的变化，从而使与其传播方向相同的杂散脉冲与其发生交叉相位调制，即杂散脉冲中与优化注入光脉冲时间重叠的部分获得额外的相位调制，从而在待锁模激光器模块锁模过程中获得额外的增益，最后经过在腔内的多次震荡形成脉冲。为了最终输出只含待锁模激光器的脉冲，在经过输出耦合器前加入滤波器件，使优化注入光脉冲滤除，从而输出特定波长的超短脉冲。
57.图4是本发明的实施例1中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法辅助锁模示意图。
58.如图4所示，单个激光器锁模过程中主要依靠腔内泵浦功率完成锁模状态的转变，在低泵浦功率下产生的杂散脉冲在无任何扰动的情况下，只能依靠提高激光器自身泵浦功率到达锁模状态，而在此转变过程中往往会出现尖峰脉冲激励锁模，并且该尖峰脉冲在转换过程中出现的时间以及次数是随机的。由于尖峰脉冲能量大故容易损坏腔内器件，因此单个激光器锁模过程存在一定的腔受损风险。
59.注入锁模则是在待锁模激光器为低泵浦功率且产生杂散脉冲的情况下注入一定功率的锁模脉冲，该光脉冲给低泵浦功率下并不足以锁模的激光器了一个扰动，并且诱导产生了调q锁模状态，而其中注入合适的脉冲功率是与杂散脉冲发生交叉相位调制而产生调q包络的前提。
60.由于此时光脉冲与待锁模激光器脉冲重复频率相差较大，因此调q包络间隔也较大，无法形成锁模状态。通过调节光脉冲的重复频率使其与杂散脉冲重复频率差变小时，调q包络间隔变小，整体变密，当两者重复频率差几乎为零时，交叉相位调制强度最大，调q包络间隔最小，从而达到锁模状态。注入辅助锁模的方法，使杂散脉冲状态到锁模状态中经过了调q锁模状态，因此腔内能量可以稳定均匀的发生变化，避免了出现尖峰脉冲导致器件损坏的风险，并且有效的降低了待锁模激光器的锁模阈值。
61.<实施例2>
62.在实施例2中，提供了一种实施例1中步骤s1
‑
步骤s3的具体应用。
63.本实施例中主要采用光纤器件结构，注入光模块和待锁模激光器模块都采用半导体可饱和吸收镜被动锁模方式。
64.图5是本发明的实施例2中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
65.如图5所示，本实施例的具体实施方式为：
66.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
67.注入光模块包括第一泵浦源11、第一波分复用器12、第一增益介质13、第一锁模器件14、延时调节器装置15、第一输出耦合器16、第一滤波器件17和两个第一腔镜10和18。
68.本实施例中两个第一腔镜10和18采用光纤布拉格光栅；锁模器件14采用可饱和吸收体，锁模方式为被动锁模；延时调节器15通过调节腔长从而改变重复频率，使其输出脉冲与待锁模脉冲达到同步状态；第一滤波器件17采用带通滤波器，作用是为了选择出与待锁模脉冲相匹配的特定波长的注入光脉冲。
69.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
70.第一泵浦源11产生的泵浦激光经过第一波分复用器12耦合到第一增益介质13产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过可饱和吸收体14使其相位恒定，实现锁模；通过延时调节器装置15使注入光模块和待锁模激光器模块的重复频率相同；通过带通滤波器17选出特定的波长，并经过第一输出耦合器16输出注入光脉冲。
71.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
72.本实施例中注入光优化模块包括功率放大模块和光谱滤波模块，其中功率放大模块包括泵浦源21、波分复用器22以及增益介质23；光谱滤波模块为带宽滤波器24。
73.注入光优化模块的优化过程为：
74.注入光模块的输出耦合器16的输出端连接隔离器20注入光优化模块，注入光模块与注入光优化模块之间的隔离器20是为了防止放大过程中产生的回返光打坏腔内元件；通过隔离器20后的注入光脉冲经波分复用器22耦合到泵浦源21，实现对注入光脉冲的功率放大，以降低待锁模激光器的锁模阈值；功率放大模块的输出端直接连接由带宽滤波器24构成的光谱滤波模块，输出优化注入光脉冲。
75.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
76.本实施例中待锁模激光器模块包括第二泵浦源31、第二波分复用器31、第二增益介质33、第二锁模器件34、双波长耦合器件35、第二滤波器件36、第二输出耦合器37和2个第二腔镜30和38。
77.待锁模激光器模块输出超短脉冲光的过程为：
78.优化注入光脉冲经过双波长耦合器件35注入到待锁模激光器模块，待锁模激光器模块腔内由于第二泵浦源31功率未达到锁模阈值只能产生杂散脉冲，但由于优化注入光脉冲与杂散脉冲在双波长耦合器件35内的相互作用使待锁模脉冲受到调制，从而产生稳定的光脉冲，整个激光器也达到锁模状态。最后通过带通滤波器36对优化注入光脉冲进行滤除，从而实现超短脉冲的输出，最终实现了一种通过注入同步光脉冲有效降低激光器锁模阈值的方法。
79.<实施例3>
80.在实施例3中，提供了一种实施例1中步骤s1
‑
步骤s3的具体应用。
81.本实施例中主要采用光纤器件结构，注入光模块和待锁模激光器模块都采用9字腔结构的非线性放大环形镜被动锁模方式。
82.图6是本发明的实施例3中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
83.如图6所示，本实施例的具体实施方式为：
84.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
85.注入光模块包括中央耦合器11、第一泵浦源12、第一波分复用器13、第一增益介质14、第一锁模器件15、延时调节器装置17、第一输出耦合器16、第一滤波器件18和第一腔镜10。
86.本实施例中第一腔镜10采用光纤布拉格光栅；锁模器件14采用相移器，锁模方式为被动锁模。
87.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
88.注入光模块中增益介质14产生相应波段的光源，然后由于光纤布拉格光栅10对特定波长的光有反射作用，因此反射后的光被中央耦合器11分成传输方向相反、强度相同的两束光，在传输过程中，由于受到与强度相关的自相位调制和交叉相位调制等非线性效应的作用，两束光在非线性环形腔内往返一圈会产生一定的非线性相移，并且由于环形腔内加入相移器使得两束经过不同路径的光所获得的非线性相移的大小不同，当两路光再次回到中央耦合器11时发生干涉从而产生超短脉冲，该超短脉冲由于注入光模块内具有延时调节器装置17以及带通滤波器18，故可以改变其重复频率以及光谱参数，控制参数后的超短脉冲通过第一输出耦合器16输出注入光脉冲。
89.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
90.本实施例中注入光优化模块包括功率放大模块和光谱滤波模块，其中功率放大模块包括泵浦源21、波分复用器22以及增益介质23；光谱滤波模块为带宽滤波器24。
91.注入光优化模块的优化过程为：
92.注入光模块的输出耦合器16的输出端连接隔离器20注入光优化模块，注入光模块与注入光优化模块之间的隔离器20是为了防止放大过程中产生的回返光打坏腔内元件；经过功率放大模块后的优化注入光脉冲经过带通滤波器24后输出优化注入光脉冲。
93.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
94.本实施例中待锁模激光器模块包括中央耦合器34、第二泵浦源33、第二波分复用器32、第二增益介质31、第二锁模器件38、双波长耦合器件30、第二滤波器件36、第二输出耦合器37和第二腔镜35。
95.待锁模激光器模块输出超短脉冲光的过程为：
96.优化注入光脉冲经过双波长耦合器件30注入到待锁模激光器模块，待锁模激光器模块与注入光模块有相同的锁模机理，但由于第二泵浦源33功率低于锁模阈值，故只能产生杂散脉冲，因此优化注入光脉冲与杂散脉冲在光纤中相互作用发生交叉相位调制最终产生超短脉冲光并通过第二输出耦合器37输出，最终实现了一种通过注入同步光脉冲有效降
低激光器锁模阈值的方法。
97.<实施例4>
98.在实施例4中，提供了一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法。
99.本实施例所涉及的注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法包括以下步骤：
100.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
101.其中，步骤s1中，注入光模块包括第一泵浦源、第一双色镜、第一增益介质、第一锁模器件、第一输出耦合器、第一滤波器件和2个反射镜。
102.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
103.第一泵浦源通过第一双色镜作用到第一增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第一锁模器件使其相位恒定，实现锁模；将其中一个反射镜放置在位移平台上使注入光模块和待锁模激光器模块的重复频率相同；通过第一滤波器件选出特定的波长，并经过第一输出耦合器输出注入光脉冲。
104.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
105.其中，步骤s2中，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，具体为对注入光脉冲的功率进行放大，同时对注入光的光谱进行光谱滤波，选出特定的波长。
106.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
107.其中，步骤s3中，待锁模激光器模块包括第二泵浦源、两个第二双色镜、第二增益介质、第二锁模器件、第二输出耦合器和2个反射镜。
108.待锁模激光器模块输出超短脉冲光的过程为：
109.注入光优化模块产生的优化注入光脉冲经过其中一个第二双色镜进入到待锁模激光器模块中，第二泵浦源经过通过另一个第二双色镜作用到第二增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第二锁模器件在相互作用介质中发生交叉相位调制作用，使得杂散子脉冲中与优化注入光脉冲时间重叠的部分获得额外的相位调制，经过多次振荡后形成稳定的优化注入光脉冲，通过第二输出耦合器件输出超短脉冲光。
110.其中，步骤s3中，优化注入光脉冲和杂散子脉冲在交叉相位调制作用下辅助待锁模激光器锁模过程的建立，从而实现降低待锁模激光器的锁模阈值的目的。
111.<实施例5>
112.在实施例5中，提供了一种实施例4中步骤s1
‑
步骤s3的具体应用。
113.本实施例中主要采用空间器件结构，注入光模块和待锁模激光器模块都为固体激光器，因此该实施例主要应用于与降低固体激光器的锁模阈值，比如现有的钛宝石激光器等。
114.图7是本发明的实施例5中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
115.如图7所示，本实施例的具体实施方式为：
116.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
117.本实施例中注入光模块包括第一泵浦源12、第一双色镜11、第一增益介质13、第一锁模器件14、第一输出耦合器15、第一滤波器件16和2个反射镜10和17。
118.本实施例中第一锁模器件14采用可饱和吸收体，第一双色镜11采用二相色镜。
119.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
120.第一泵浦源12产生的泵浦激光经过二相色镜11耦合到第一增益介质13，然后通过具有随着输入光强的变化而非线性吸收和反射特性的可饱和吸收体14实现脉冲的窄化调制，在两个腔镜10和17之间不断往返震荡，最后通过输出耦合器15输出稳定的锁模脉冲。其中腔镜17可放置在位移平台上，可以通过调节螺旋杆或电机控制腔长从而使注入光模块的重复频率与待锁模激光器重复频率相同，并通过调节第一滤波器件16来主动控制注入光脉冲的光谱参数，重复频率以及光谱参数的优化可以帮助注入光脉冲更有效的降低待锁模激光器的锁模阈值。
121.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
122.本实施例中注入光优化模块包括功率放大模块和光谱滤波模块，其中功率放大模块包括泵浦源22、和增益介质21；光谱滤波模块为带宽滤波器23。
123.注入光模块输出的注入光脉冲通过隔离器20后进入增益介质21，借助泵浦源22激励对注入光脉冲进行功率放大，其中隔离器确保注入光脉冲单向传输，以免由于镜面反射等原因使其回返光损坏腔内器件，通过控制功率放大模块改变注入光脉冲功率，从而影响降低待锁模激光器锁模阈值的程度。放大后的注入光脉冲通过优化滤波器件23改变放大后的脉冲光谱参数，生成优化注入光脉冲。
124.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
125.本实施例中待锁模激光器模块包括第二泵浦源32、两个第二双色镜31和35、第二增益介质33、第二锁模器件34、第二输出耦合器36和2个反射镜30和37。
126.本实施例中第二锁模器件34采用可饱和吸收体，两个第二双色镜31和35采用二相色镜。
127.待锁模激光器模块输出超短脉冲光的过程为：
128.优化注入光脉冲经过二向色镜35注入待锁模激光器模块中，优化注入光脉冲与杂散脉冲在相同的传播方向上共同作用了一段时间，从而引起交叉相位调制最终产生稳定的锁模脉冲并通过第二输出耦合器36输出，最终实现了一种通过注入同步光脉冲有效降低激光器锁模阈值的方法。
129.<实施例6>
130.在实施例6中，提供了一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法。
131.本实施例所涉及的注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法包括以下步骤：
132.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
133.其中，步骤s1中，，注入光模块为直接调制的半导体激光器，直接调制的半导体激光器产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
134.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
135.其中，步骤s2中，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，具体为对注入光脉冲的功率进行放大，同时对注入光的光谱进行光谱滤波，选出特定的波长。
136.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
137.其中，步骤s3中，待锁模激光器模块包括第二泵浦源、第二波分复用器、第二增益
介质、第二锁模器件、双波长耦合器件、第二滤波器件、第二输出耦合器和2个第二腔镜。
138.待锁模激光器模块输出超短脉冲光的过程为：
139.注入光优化模块产生的优化注入光脉冲经过双波长耦合器件进入到待锁模激光器模块中，第二泵浦源经过第二波分复用器作用到第二增益介质产生杂散子脉冲，杂散子脉冲通过第二锁模器件在相互作用介质中发生交叉相位调制作用，使得杂散子脉冲中与优化注入光脉冲时间重叠的部分获得额外的相位调制，经过多次振荡后形成稳定的优化注入光脉冲，最后，第二滤波器件将待锁模激光器模块中的优化注入光脉冲滤除，通过第二输出耦合器件输出超短脉冲光。
140.其中，步骤s3中，优化注入光脉冲和杂散子脉冲在交叉相位调制作用下辅助待锁模激光器锁模过程的建立，从而实现降低待锁模激光器的锁模阈值的目的。
141.<实施例7>
142.在实施例7中，提供了一种实施例6中步骤s1
‑
步骤s3的具体应用。
143.图8是本发明的实施例7中一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法示意图。
144.如图8所示，本实施例的具体实施方式为：
145.步骤s1，采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲。
146.本实施例中注入光模块主要由直接调制的半导体激光器产生。
147.注入光模块产生注入光脉冲的过程为：
148.直接调制的半导体激光器由连续波波长可调谐的激光器和电光调制器构成，利用电光调制器对光源进行调制从而产生光脉冲源，驱动电脉冲由脉冲发生器提供，脉冲发生器具有一定的脉冲宽度调谐范围，通过改变信号发生器中的输出正弦频率，可以很容易地调整电调制脉冲的重复频率。因此注入光脉冲在中心波长、脉冲持续时间和重复频率等方面都可有进行直接主动控制。
149.步骤s2，采用注入光优化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲。
150.注入光优化模块的优化过程为：
151.被调制后的注入光脉冲直接输入到光放大器上进行功率上的参数控制，由于放大过程中各种非线性效应的影响导致光谱发生变化，故经过放大后的注入光脉冲需要通过光谱滤波系统来进行优化，得到优化注入光脉冲。
152.步骤s3，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。
153.本实施例中待锁模激光器模块包括第二泵浦源、第二波分复用器、第二增益介质、第二锁模器件、双波长耦合器件、第二滤波器件、第二输出耦合器和2个第二腔镜。
154.待锁模激光器模块输出超短脉冲光的过程为：
155.优化注入光脉冲经过双波长耦合器件与待锁模脉冲相遇，并在相同的传播方向上共同作用了一段时间，从而引起交叉相位调制最终产生稳定的锁模脉冲并通过输出耦合器件输出，最终实现了一种通过注入同步光脉冲有效降低激光器锁模阈值的方法。
156.实施例的作用与效果
157.据实施例1～实施例7所涉及的一种注入同步光脉冲降低激光器锁模阈值的方法，因为采用注入光模块产生与待锁模激光器模块重复频率相近的注入光脉冲，采用注入光优
化模块对注入光脉冲进行优化，产生优化注入光脉冲，将优化注入光脉冲注入待锁模激光器模块，从而降低待锁模激光器的锁模阈值，输出超短脉冲光。上述过程通过注入与待锁模激光器重复频率相近的注入光脉冲，在交叉相位调制的作用下辅助待锁模激光器锁模过程的建立，大大降低了待锁模激光器的锁模阈值，避免了单个激光器锁模过程中由于锁模状态随机发生导致产生单脉冲时光谱以及泵浦功率有些许差异、锁模状态稳定性较差、锁模泵浦功率高、锁模瞬间强尖峰脉冲损坏锁模器件等问题。
158.注入光模块中加入延时调节器以及滤波器可以主动控制注入光脉冲的重复频率以及光谱参数，而功率放大模块以及光谱滤波模块则实现了功率值以及最终光谱参数的控制，相近的重复频率保证了优化注入光脉冲与带锁模脉冲时间部分重叠部分尽可能的多，由此受到的调制作用越强，更易达到锁模状态。
159.功率放大保证了不同注入功率下对于待锁模激光器锁模阈值的控制；光谱滤波则可以在一定范围的注入光源中选择特定波长且更利于同步的光谱参数，提高整体系统的稳定性，此外，通过操控注入光脉冲的光谱，还可以对失配长度、待锁模激光器的输出光谱进行主动控制。因此通过调节注入光脉冲参数可以有效降低待锁模激光器的锁模阈值、灵活操控失配距离、控制输出光谱、延长激光器的使用寿命、降低后期维修成本、提高激光器自身锁模状态稳定性。
160.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。