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如何调节固体锁模振荡器出光?

作者:a 来源: 日期:2018-09-26 10:57:25 人气:64 评论:0 标签:
在40fs以上的长飞秒脉冲方面固体振荡器几乎没有优势了,光纤以其稳定、抗环境干扰的压倒性优势在慢慢统领市场。而皮秒等工业领域的固体放大器,也都倾向于使用光纤振荡器作为种子源。个人感觉,传统的固体振荡器有点类似当年的Basic语言。不过尺有所短,寸有所长。就像汇编语言也没有真正淘汰,所以该蹦跶我们还是要开心地蹦跶~

1、怎么看光

调振荡器无非出光、优化、调锁模,钛宝石ASE荧光可见的比较好对,全固态掺Yb、掺Nd等由于波长较长,荧光看不到,需要拿荧光板找光,大恒光电经常送一些荧光上转换板,剪成细条掏个小孔,对光就方便多了。还是看不见?关灯啊~~

或者拿He-Ne光、红光LD头辅助对光,从端镜或输出镜一侧打入,调节一个往返看能不能对好,不过因为镀膜原因这时光太弱了,不好看,所以可以在腔内加光阑两头准直。

夜视仪也可以派上用场,用于观察荧光光点,部分手机好像也可以,比如红米2,调光神器,实验室宠儿,可惜停产了。手机越好越看不见红外,sigh~~

2、怎么对光

X型腔Z型腔无非都是折叠光路的线型腔,特别是Z型比较舒展,光路不打架,比较好调。环形腔坑啊,输出耦合镜OC两个方向出光,看缘分~

以简单的腔型说,看荧光的时候,先走一臂,然后调节这一臂端镜或输出镜,使反射光与入射光完全重合,原路打回去;然后拨这一臂的光路看另一臂有没有荧光闪烁,有就ok,再把另一臂的荧光原路打回去就出光了。比如下图吧,移动CM2,使光斑打在OC上为一个不太大的点儿,然后调节OC使荧光原路返回。遮挡短臂的光,看长臂有没有反应,如果你手指头拨短臂的光路看到长臂有明暗变化,OK继续;没有的话微调OC看能不能找到短臂回光。长臂也一样,不过基本上定好光高一扫就出光了。

微信图片_20180926110231.jpg

不过操作的时候可能不太好对,就是说光有可能不能准确地按原路打回去,通常情况下可以定一维扫一维,比如光高调到一致,然后扫左右。说白了都是信心问题,刚开始调光都挺忐忑,怎么还不出光啊,对的很好了~~不过摸到经验了就怎么调怎么有,自然就有自信了。

实在不行就用小孔光阑定位仔细找。。。。

十八般武器都没用的时候,唉,看性格了——十字扫描法~~铁杵磨成针,适合特别有耐心的人;掰镜片法~~适合人品、手感特别好的人;不出光?使劲加泵光啊~~相信大力出奇迹,适合我这种没耐心也没人品的人。

还有一个危险的技能,光谱仪辅助调光。光谱仪放输出镜后面,调另一臂端镜(或SESAM),然后可以看到荧光波长比如1030nm的幅度变强。把它调到最强,再调输出镜这一臂。扫到快出光的位置,幅值会急剧上升,然后趁着还没打坏光谱仪,赶紧拿开,在附近微调一下就出光了。老外很喜欢这招,也是艺高人胆大。我宁可大力出奇迹,晶体便宜啊,光谱仪多贵丫~~

3、稳区参数

谐振腔两臂的不等长,会造成两凹面腔镜间距的一段不能出光的Gap,也就是说在这个腔型之下几乎调不出光。通常凹面镜我们只动一个,通过泵光的这个凹面镜是不动的,否则可能不共轴,导致泵光歪一边了。移动的另一个凹面镜就决定了腔型的稳区,通常也称这个凹面镜为Stability Range Mirror,即SBBR mirror。长短臂的不等长为什么导致稳区分裂,如何分裂,详见天大的谢旭东硕士论文以及MIT的Li-Jin Chen博士论文。在计算五镜腔的时候,需要把聚焦SESAM的凹面镜也考虑在内。

实验中简单点,量一下你的两个凹面镜距离,一般比两个焦距之和略大几mm,拿尺子量一下不差太多就ok了。有荧光看就更好办了,就看荧光能不能自再现,比如调节凹面镜看聚出来的光斑,太大太小都不容易出光,有时为了对光会把端镜的光斑调得特别小,对好之后平移一下凹面镜,使其向稳区方向移动,铁定出光。

不过题设的腔型还有一些细节值得注意。

4、OC位置

线型腔,一臂要给SESAM启动锁模,一臂要给棱镜对补偿色散,输出镜就很尴尬了。如果给折叠镜folding mirror上吧,来回都出光,输出两路光,倒是方便探测了,但也造成了功率损失。折叠镜当OC,如图:

微信图片_20180926110237.jpg

晶体泵光入射一端镀双色膜当做端镜,那另一臂只有SESAM了,没地方输出,所以只能在折叠镜上输出了,这样来回都会输出,不适合用输出率太高的镜子,不过另一路的输出光直接可以测功率、测脉冲序列。

如果在棱镜对一臂的端镜输出,则由于空间色散,输出的光在横向上有一点分开。俗称空间啁啾,依然是平行光没有角色散,不过不同位置的光谱不同。如果光谱很窄倒没关系,如果光谱较宽的话,比如几个nm,则输出是个横椭圆光斑。需要同样的色散元件将其准直回去。

5、空间啁啾

如图是我设计的棱镜对色散补偿、SESAM锁模的紧凑型振荡器。

微信图片_20180926110242.jpg

参数不列了,主要就是输出后将输出光爬低一下,然后再走一遍棱镜对,再用小镜子M5导出。这样可以将空间啁啾补偿回来。棱镜对间距65mm,补偿腔内色散。

至于选什么掺杂浓度晶体、什么SESAM、凹面镜什么曲率半径、泵光的耦合比等等,照文献用就行了,都是成熟的技术。

Tips:

1、调节棱镜的话可以采用最小偏向角方法,即转动棱镜看荧光位置,荧光往前走然后往回返的拐点就是正确的棱镜入射角。

2、其实,用啁啾镜或者GTI镜可以避免空间色散这些问题,光路也简化很多。晶体4mm长的话换几个-40fs^2的啁啾镜多反射几次完事了,光谱不宽的话GTI镜一片几千飞秒方的负色散,替代棱镜对绝对够了。

3、Yb:YAG可以克尔透镜锁模啊,好像有30fs的记录。输出镜选小一点的就行了,保证腔内的峰值功率密度。而且如果调节SBBR镜位置,可以优化出比正常SESAM锁模短的脉冲,也就是SESAM和克尔透镜混合锁模。

4、腔内功率密度太高也会出现调Q锁模或多脉冲的光谱干涉,用示波器和光谱仪很容易鉴别出来。方法无非是微调SESAM;移动凹面镜位置改变聚焦功率密度;降低泵光;选输出率较大的输出镜。

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稳定的双脉冲



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