一种减小同步时间透镜光源中的同步时间抖动的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种减小同步时间透镜光源中的同步时间抖动的方法。
【背景技术】
[0002]时间透镜压缩是一种产生超短脉冲的方式。时间透镜对输入光在时间域施加二次相位调制，类似于一个空间透镜在光波前叠加二次相位调制。在实验中，二次相位调制可以通过一个正弦驱动信号驱动电光相位调制器来实现。色散补偿后，可以从连续波(CW)激光直接产生皮秒超短脉冲序列。采用诸如时间透镜环或孤子自频移等技术，甚至可以通过时间透镜光源产生飞秒脉冲。
[0003]锁模激光器输出的激光脉冲的重复频率由谐振腔长确定，而时间透镜光源的重复频率完全由电驱动信号确定。因此，在该电驱动信号来源于锁模激光器的条件下，时间透镜光源具有同步至锁模激光器的能力。实验证明，时间透镜光源可以同步到基于光纤和固态飞秒或皮秒锁模激光器。在此基础上，皮秒同步时间透镜光源已成为相干拉曼散射(CRS)成像的理想选择。CRS成像通常需要两色皮秒同步激光源探测生物或化学样品中的振动跃迀。在CRS成像实验中同步时间透镜光源已取得多种应用，如单频相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)和受激拉曼散射(SRS)成像，光谱SRS成像等，成像速度可以达到视频帧速。
[0004]同步时间抖动是衡量同步脉冲光源之间的同步性能的关键参数。在CRS成像方面，大的时间抖动会导致图像信号变化剧烈，这对成像极为不利，更不用说图像的定量分析。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于提供一种减小同步时间透镜光源中的同步时间抖动的方法，旨在提供一种通过匹配时间透镜光源和锁模激光器之间的光学延迟来达到减小同步时间抖动。
[0006]本发明是这样实现的，一种减小同步时间透镜光源中的同步时间抖动的方法，所述同步时间透镜光源包括用于产生第一脉冲序列的时间透镜光源和用于产生第二脉冲序列的锁模激光器，所述锁模激光器还产生电脉冲用于驱动所述时间透镜光源，且在同步之前，所述第一脉冲序列中的第I个光脉冲与所述第二脉冲序列中的第η个光脉冲在同一时刻到达成像样品；
[0007]所述方法包括下述步骤:
[0008]在所述时间透镜光源的输出光路与所述锁模激光器的输出光路之间，进行(n-l)*c/fr的光学延迟补偿，使得所述第一脉冲序列中的第I个光脉冲与所述第二脉冲序列中的第I个光脉冲在同一时刻到达；
[0009]其中，η为大于I的自然数，fr为锁模激光器的输出锁模光学脉冲重复率，c为真空中的光速。
[0010]进一步地，所述光学延迟补偿具体为:
[0011]将所述锁模激光器的输出光路增加长度为(n-l)*C/fr的自由空间光学延迟。
[0012]进一步地，所述匹配方法包括:
[0013]将所述同步时间透镜光源输出光路减小长度为(n-l)*c/fr的自由空间光学延迟。
[0014]进一步地，所述锁模激光器包括固体锁模激光器、光纤锁模激光器、染料锁模激光器中的任意一种。
[0015]本发明与现有技术相比，有益效果在于:通过匹配同步时间透镜光源与锁模激光器输出激光脉冲之间的光学延迟，来达到减小同步时间抖动的目的，能够有效的减少同步时间抖动，在成像等应用中获得稳定信号。
【附图说明】
[0016]图1是现有技术提供的同步时间透镜光源的简化框图。
[0017]图2a是数值模拟实验提供的模拟计算的同步时间透镜光源的输出光谱图；
[0018]图2b是数值模拟实验提供的的同步时间透镜光源压缩后的时间强度曲线图。
[0019]图3是数值模拟实验提供的三种典型的模拟情况对比图。
[0020]图4是数值模拟实验提供的同步时间抖动随锁模激光器本征时间抖动的函数变化关系图。
[0021]图5是数值模拟实验提供的不同延迟情况下同步时间抖动随锁模激光器本征时间抖动的函数变化关系图。
[0022]图6a是数值模拟实验提供的没有延迟情况下同步时间抖动随锁模激光器本征时间抖动的函数变化关系图。
[0023]图6b和图6c分别是数值模拟实验提供的分别对应于无延迟以及延迟8个脉冲的情况对比图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]同步时间透镜光源适合于多种相干拉曼散射(CRS)成像应用，成像速度可达视频帧速。CRS成像需要两个波长的脉冲，锁模激光器和同步时间透镜光源分别各自提供一个波长，两个波长脉冲共同作用于样品才能成像。同步时间透镜光源中，时间透镜光源和锁模激光器之间的同步时间抖动是用于估计同步性能的一个关键参数。本发明提出一种减小同步时间抖动的方法。研究结果表明，由于同步时间透镜光源和锁模激光器输出激光脉冲之间存在光学延迟，同步时间抖动接近锁模激光器的本征时间抖动，同步时间抖动的进一步减小可以通过匹配同步时间透镜光源和锁模激光器之间的光学延迟来实现。
[0026]在实验中，可以通过和频产生的方式测量同步时间抖动，而所测量的值依托于不同的锁模激光器而变化。在发明中，通过数值模拟表明，由于同步时间透镜光源和锁模激光器之间的光学延迟，同步时间抖动接近锁模激光器的本征时间抖动。锁模激光器可以为任意形式的锁模激光器，包括固体锁模激光器、光纤锁模激光器、染料锁模激光器等。
[0027]如图1所示，是一个典型的同步时间透镜光源的简化框图。锁模激光器输出的激光脉冲(例如，80MHz)转换成相同的重复率的射频(RF)电脉冲，然后将其分成两路。一路由一个窄带RF滤波器过滤以得到1GHz的正弦波来驱动相位调制器，而另一路(80MHz)驱动马赫-曾德尔强度调制器(MZ)，从连续光直接产生80-MHz的同步光脉冲。通过色散补偿器(DC)色散补偿后将时间透镜光源输出脉冲压缩到皮秒量级，适合CRS成像。由于所有的射频(RF)驱动信号从锁模激光器直接产生，因此可以实现同步。
[0028]与实际的实验装置相仿，在数值模拟中，假设锁模激光器输出的激光脉冲的重复频率为80MHz。这个80MHz的重复率(1GHz)的第125次谐波信号由一个50兆赫(3_dB带宽)带通滤波器被滤波以驱动相位调制器的频谱展宽。相位调制是在时域中执行，并且调制光的电场由下式给出:
[0029]E(t) = E0exp{i JT Vppcos[o (t)t]/2Vj-----(I)
[0030]其中，E。是连续光的振幅，V ^是1-GHz射频信号的的峰-峰电压，V π是相位调制器达到η相移驱动电压。在这里，由于锁模激光器输出的激光脉冲存在本征时间抖动，驱动电压ω