一种基于脉冲整形的高能量超短纯四次孤子光纤激光系统

技术领域

本发明属于光电子设备技术领域，特别涉及一种基于脉冲整形的高能量超短纯四次孤子光纤激光系统。

背景技术

高能量超短脉冲在非线性光学、激光加工、强场物理、激光烧蚀和激光材料处理等领域具有重要应用。将皮秒或飞秒脉冲注入高非线性光纤，借助脉冲在光纤中的拉曼散射、孤子分裂、色散波产生和四波混频等丰富的非线性过程可以实现超连续谱输出；高能量超短脉冲产生的光学频率梳可以用于精确光学频率测量。高能量光纤激光器已成为激光技术研究领域的热门方向，如何研发更高能量更窄脉宽的超短脉冲光纤激光器是当今激光技术研究领域的前沿课题，也是当前全球激光应用市场最重要的驱动力。

传统孤子脉冲能量通常小于0.1nJ，色散管理技术可将脉冲能量提高一个量级。自相似光纤激光器、耗散孤子光纤激光器可将脉冲能量提升至十几nJ，Mamyshev光纤振荡器可获得高达50nJ的脉冲能量。但是，上述孤子的产生是二阶色散与非线性效应平衡的结果，脉冲能量与脉冲宽度的负一次幂成正比，即孤子面积理论，它限制了孤子能量的提高。由负四阶色散和非线性效应相平衡产生的纯四次孤子，其脉冲能量与脉冲宽度的负三次幂成正比，即更窄的脉冲宽度将极大的提升脉冲能量，此能量-脉冲宽度扩展特性显示出纯四次孤子在产生高能超短脉冲方面的巨大潜力。然而，国内外对光纤激光器中高阶色散效应的研究很少，高阶色散的值太小常被视为微扰而忽略。实现光纤激光腔高阶色散管理，构建高能量飞秒纯四次孤子光纤激光器亟待展开。

然而，由于色散和非线性效应引起的啁啾，光纤激光器要产生飞秒量级脉冲宽度需要脉冲宽度压缩。常用的脉冲宽度压缩方式有色散补偿光纤、光子晶体带隙光纤及光栅对。色散补偿光纤会引入功率相关的非线性效应，不利于高功率超短脉冲的产生。在解决熔接问题的前提下，采用光子晶体带隙光纤压缩脉冲宽度既可以实现系统的全光纤化，又有效地避免了非线性效应的影响，但是光子晶体带隙光纤的造价十分昂贵且不易与单模光纤熔接。

综上所述，目前获得高能量飞秒孤子脉冲的光纤激光系统存在固有缺点，还需要进一步完善。

发明内容

为了克服传统系统产生的超短脉冲受孤子面积理论限制，能量不够高、脉宽不够小的特点，本发明提供了一种基于脉冲整形的高能量超短纯四次孤子光纤激光系统，通过种子脉冲源模块获得的高能量纯四次孤子脉冲，通过光谱整形模块获得超短脉冲，从而获得高能量超短脉冲。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于脉冲整形的高能量超短纯四次孤子光纤激光系统，其结构为：种子脉冲源1的输出端与功率调整模块2的输入端相连，功率调整模块2的输出端与偏振脉冲分割模块3的输入端相连，偏振脉冲分割模块3的输出端与偏振脉冲合成模块4的输入端相连，偏振脉冲合成模块4的输出端与光谱整形模块5的输入端相连；

所述的种子脉冲源1结构为，泵浦源101与波分复用器102的980nm端相连，波分复用器102的1550nm端通过第一掺铒光纤103与第一准直器104的输入端相连，光脉冲经第一准直器104、第一四分之一波片105、第一半波片106、第一偏振分束器107、第一隔离器108、第二四分之一波片109、第二准直器110、第三准直器111后，光脉冲经第三准直器111入射至第一反射镜112，第一反射镜112将光脉冲反射至第一光栅113上，第一光栅113输出的光脉冲通过第一凸透镜114、第一空间光调制器115、第二凸透镜116后，传输至第二光栅117，第二光栅117将光脉冲反射至第二反射镜118，再反射至第四准直器119。第二准直器119与第一起偏器120的输入端相连，第一起偏器120的输出端通过保偏光纤与第一偏振控制器121的输入端相连，第一偏振控制器121的输出端通过保偏光纤与第二偏振控制器122的输入端相连，第二偏振控制器122的输出端通过保偏光纤与第二起偏器123输入端相连，第二起偏器122输出端与波分复用器102的公共端相连。光脉冲从第一偏振分束器107与入射方向垂直的输出端输出；

所述功率调整模块2具有如下的光路结构，光脉冲经第三反射镜201传输至第三光栅202上，第三光栅202将光脉冲传输至第四反射镜203后，反射至第五反射镜204，第五反射镜204将光脉冲反射回第三光栅202，第三光栅202输出的脉冲经第三凸透镜205传输至第六反射镜206后经第三凸透镜205反射回第三光栅202上，光脉冲经第三光栅202传输至第四反射镜203，第四反射镜203反射光脉冲并经第五反射镜204反射后入射至第三光栅202，第三光栅202输出的光脉冲入射至波罗棱镜207并经波罗棱镜207反射回第三光栅202，光脉冲经第三光栅202后按上文所述路线再次经第四反射镜203、第五反射镜204、第三光栅202、第三凸透镜205、第六反射镜206，多次反射后回到第三光栅202上，第三光栅202将光脉冲入射至第四凸透镜208，光脉冲经第四凸透镜208、声光调制器209、第五凸透镜210、第二隔离器211、第二半波片212后入射至第七反射镜213，光脉冲经第七反射镜213反射至第八反射镜214后入射至第六凸透镜215,光脉冲经过第六凸透镜215、第五准直器216、第二掺铒光纤217、第六准直器218、第七凸透镜219后入射至第九反射镜220，第一光电二极管223产生的泵浦光经第七准直器222、第八凸透镜221后，与之前入射到第九反射镜220的光脉冲融合。融合后的光脉冲经第九反射镜220反射至第十反射镜224，第十反射镜224将光脉冲反射至第三半波片225，光脉冲经第三半波片225、第三四分之一波片226、带通滤波器227、第四半波片228后入射至第四光栅232。光脉冲经第四光栅232传输至第五光栅233，第五光栅233将光脉冲传输至第十一反射镜234。第十一反射镜234将脉冲反射回第五光栅233，光脉冲经第五光栅233传输至第四光栅232。第四光栅232输出的光脉冲传输至第十二反射镜229，并由第十二反射镜229反射至第五半波片230中，最后经过第二偏振分束器231输出；

所述偏振脉冲分割模块具有如下的光路结构，光脉冲经第六半波片301入射到第三偏振分束器302的输入端，光脉冲从第三偏振分束器302垂直入射方向的输出端经过第四四分之一波片303传输至第十三反射镜304，第十三反射镜304将光脉冲反射回第四四分之一波片303，第四四分之一波片303再次将光脉冲传输至第三偏振分束器302，同时光脉冲从第三偏振分束器302另一与入射方向垂直的输出端输出，经过第五四分之一波片305传输至第十四反射镜306和第一压电驱动器307后，光脉冲被第十四反射镜306反射回第五四分之一波片305，第五四分之一波片305再次将光脉冲传输回第三偏振分束器302，光脉冲由第三偏振分束器302与入射方向平行的端口输出经第七半波片308传输至第四偏振分束器309，光脉冲从第四偏振分束器309的与入射方向垂直的端口经过第六四分之一波片310传输至第十五反射镜311，第十五反射镜311将光脉冲反射回第六四分之一波片310，第六四分之一波片310再次将光脉冲传输回第四偏振分束器309，同时光脉冲从第四偏振分束器309另一方向与入射方向垂直的端口经过第七四分之一波片312传输至第十六反射镜313和第二压电驱动器314后，光脉冲被第十五反射镜313反射回第七四分之一波片312，第七四分之一波片312再次将光脉冲传输至第四偏振分束器309，光脉冲由第四偏振分束器309与入射方向平行的输出端输出经过第九凸透镜315、第十凸透镜316入射至倾斜啁啾体布拉格光栅324，光脉冲中长波分量从倾斜啁啾体布拉格光栅324背面传输至第十七反射镜322，经第十七反射镜322反射后传输至第二空间光调制器323，并从第二空间光调制器323入射至第十七反射镜322，第十七反射镜322将光脉冲反射回倾斜啁啾体布拉格光栅324，光脉冲与之前入射至倾斜啁啾体布拉格光栅324后从其前表面反射的短波分量融合经过第八半波片320传输至第一薄膜偏振器319，光脉冲经第一薄膜偏振器319分裂成主光脉冲和拒绝光脉冲，拒绝光脉冲经过第一薄膜偏振器319透射传输至光束截止器318，主光脉冲经第一薄膜偏振器319反射至楔形分束器325后经楔形分束器325输出；

所述偏振脉冲合成模块具有如下的光路结构，光脉冲入射至第一分束器4001输入端，从第一分束器4001的输出端传输至第十八反射镜4002，光脉冲经第十八反射镜4002反射至第十九反射镜4003后，经第十九反射镜403反射至第二十反射镜4004，第二十反射镜4004将光脉冲反射至第二十一反射镜4005，光脉冲经第二十一反射镜4005反射至第十一凸透镜4006，光脉冲经过第十一凸透镜4006、第十二凸透镜4007、第一双色镜4008后，经第一双色镜4008透射输出，光脉冲与经第五十五反射镜4105反射至第一双色镜4008后反射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲经第一双色镜4008传输至第一KTiAsO

所述的光谱整形模块5具有如下光路结构，光脉冲经过第二分束器501入射至第三分束器502，光脉冲经第三分束器502输出端传输至第七十反射镜503，光脉冲经第七十反射镜503反射后依次经过第七十一反射镜504、第七十二反射镜505、第七十三反射镜506反射，由第七十三反射镜506反射后的光脉冲入射至第十光栅512，第十光栅512将光脉冲反射至第十一光栅513，第十一光栅513将光脉冲反射至第七十四反射镜514上，光脉冲到达第七十四反射镜514后按输入路线反射回到第十光栅512，第十光栅512将光脉冲传输至第七十五反射镜515，光脉冲经第七十五反射镜515反射至第七十六反射镜517，经第七十六反射镜517入射至第二十三凸透镜535，第三分束器502的另一输出端输出的光脉冲传输至第七十七反射镜507，光脉冲经第七十七反射镜507反射后依次经过第七十八反射镜508、第七十九反射镜509、第八十反射镜510、第八十一反射镜511，由第八十一反射镜511反射的光脉冲与经第七十反射镜506反射的光脉冲平行进入第十光栅512，并按上文所述由第四十反射镜506入射至第十光栅512的光脉冲的入射路线依次经过第十光栅512、第十一光栅513、第七十四反射镜514后，沿输入路线返回至第十光栅512，光脉冲由第十光栅512传输至第七十五反射镜515，光脉冲经第七十五反射镜515反射至第七十九反射镜516，经第七十九反射镜516入射至第二十三凸透镜535，由第二分束器501另一输出端输出的光脉冲传输至第八十反射镜518，经第八十反射镜518传输至第四分束器519，光脉冲经过第四分束器519输出端输出的光脉冲传输至第八十一反射镜520，光脉冲经第八十一反射镜520反射后依次经过第八十二反射镜521、第八十三反射镜522、第八十四反射镜523反射，由第八十四反射镜523反射后的光脉冲入射至第十二光栅529，第十二光栅529将光脉冲反射至第十三光栅530，第十三光栅530将光脉冲反射至第八十五反射镜531上，光脉冲到达第八十五反射镜531后按输入路线反射回到第十二光栅529，第十二光栅529将光脉冲传输至第八十六反射镜532，光脉冲经第八十六反射镜532反射至第八十七反射镜534，经第八十七反射镜534入射至第二十三凸透镜535，第四分束器519另一输出端输出的光脉冲传输至第八十八反射镜524，光脉冲经第八十八反射镜524反射后依次经过第八十九反射镜525、第九十反射镜526、第九十一反射镜527、第九十二反射镜528，由第九十二反射镜528反射的光脉冲与经第八十四反射镜523反射的光脉冲平行进入第十二光栅529，按上文所述由第八十四反射镜523入射至第十二光栅529的光脉冲的入射路线依次经过第十二光栅529、第十三光栅530、第八十五反射镜531并沿输入路线返回至第十二光栅529，光脉冲由第十二光栅529传输至第八十六反射镜532，光脉冲经第八十六反射镜532反射至第九十三反射镜533，经第九十三反射镜533入射至第二十三凸透镜535，分别经过第七十九反射镜516、第七十六反射镜517、第九十三反射镜533、第八十七反射镜534的四束光脉冲平行进入第二十三凸透镜535，光脉冲经过第二十三凸透镜535聚焦融合，融合后的光脉冲经过第九十四反射镜536反射至第五分束器537，经过第五分束器537的光脉冲输出至第六分束器538，光脉冲经第六分束器538输出至第一可调光阑539，光脉冲经过第一可调光阑539、可变光密度调节器540、第二十四凸透镜541、蓝宝石晶体542、第二十五凸透镜543后入射到第九十五反射镜544上，光脉冲经第九十五反射镜544反射至第十四双色镜552并经第十四双色镜552透射输出传输至第一滤光片553，从第六分束器538另一端输出的光脉冲入射至第二可调光阑545，光脉冲经过第二可调光阑545入射至第九十六反射镜546，光脉冲依次经过第九十六反射镜546、第九十七反射镜5047和第九十八反射镜548反射后，光脉冲反射至第二十五凸透镜549，光脉冲经第二十五凸透镜549后依次通过第一BBO晶体550、SF11玻璃551后，入射至第十四双色镜552，光脉冲经第十四双色镜552反射，与经第九十五反射镜544反射至第十四双色镜552后透射输出的光束融合，融合后的光束依次经过第一滤光片553、第二BBO晶体554、第二十六凸透镜555、第二滤光片556后，经第二滤光片556传输至第十五双色镜557，光脉冲经第十五双色镜557透射传输至第三BBO晶体564，由第五分束器537另一输出端输出的光脉冲经第三可调光阑558入射至第九十九反射镜559，光脉冲经第九十九反射镜559反射至第一百反射镜560，经第一百反射镜560反射至第一百零一反射镜561，光脉冲经第一百零一反射镜561反射后依次经过第二十七凸透镜562、第十五半波片563，光脉冲经第十五半波片563传输至第十五双色镜557，并经第十五双色镜反射，与经第十五双色镜557透射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲传输至第三BBO晶体564，经第三BBO晶体564传输至第一百零二反射镜565，光脉冲输出。

有益效果：

1、本发明利用液晶空间光调制器设计可编程脉冲整形结构进行光纤激光器腔内高阶色散管理，实现纯四次孤子脉冲输出。

2、本发明利用单模光纤、保偏光纤、三环偏振控制器设计多峰高阶可调谐滤波器，实现超短脉冲输出。

3、本发明利用基于透镜的双通路色散延迟线进行脉冲宽度的压缩，实现飞秒量级超短脉冲输出。

4、本发明利用反射式液晶空间光调制器、啁啾体布拉格光栅设计二级脉冲整形结构，补偿积累的非线性相移，进一步压缩脉冲宽度，有效提高了脉冲能量。

附图说明

图1是本发明的总体结构框图。

图2是本发明使用的种子脉冲源模块光路图。

图3是本发明使用的功率调整模块光路图。

图4是本发明使用的偏振脉冲分割模块光路图。

图5是本发明使用的偏振脉冲合成模块光路图。

图6是本发明使用的光谱整形模块光路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理进一步说明，应理解，实施例中所标注的元器件参数为各实施例使用的优选参数，而不是对保护范围的限制。

实施例1本发明的整体结构

如图1所示，本发明的整体结构有，种子脉冲源1的输出端与功率调整模块2的输入端相连，功率调整模块2的输出端与偏振脉冲分割模块3的输入端相连，偏振脉冲分割模块3的输出端与偏振脉冲合成模块4的输入端相连，偏振脉冲合成模块4的输出端与光谱整形模块5的输入端相连。

实施例2种子脉冲源模块

所述的种子脉冲源模块1结构为，泵浦源101(OCLARO公司的LC962U型泵浦源，中心波长980nm，最大单模输出光功率为750mW)与波分复用器102(COMCORE公司980/1060nm单模光纤波分复用器)的980nm端相连，波分复用器102的1550nm端通过第一掺铒光纤103(Thorlabs公司Er80-4/125掺铒光纤)与第一准直器104(WT&T公司M011准直器)的输入端相连，光脉冲经第一准直器104、第一四分之一波片105(恒洋光学公司WPZ4310-248四分之一波片)、第一半波片106(恒洋光学WPZ2310-248半波片)、第一偏振分束器107(Kongtum公司QTFBC-1216光纤偏振分束器)、第一隔离器108(恒洋光学公司HOI-005-532隔离器)、第二四分之一波片109(恒洋光学公司WPZ4310-248四分之一波片)、第二准直器110(WT&T公司M011准直器)、第三准直器111(WT&T公司M011准直器)后，光脉冲经第三准直器111入射至第一反射镜112(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)，第一反射镜112将光脉冲反射至第一光栅113(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94)上，第一光栅113输出的光脉冲通过第一凸透镜114(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)、第一空间光调制器115(CRI公司SLM-256-NIR空间光调制器)、第二凸透镜116(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)后，传输至第二光栅117(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94)，第二光栅117将光脉冲反射至第二反射镜118(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)，再反射至第四准直器119(WT&T公司M011准直器)。第四准直器119与第一起偏器120(Thorlabs公司ILP1550SM-APC)的输入端相连，第一起偏器120的输出端通过保偏光纤与第一偏振控制器121(Thorlabs FPC562)的输入端相连，第一偏振控制器121的输出端通过保偏光纤与第二偏振控制器122(Thorlabs FPC562)的输入端相连，第二偏振控制器122的输出端通过保偏光纤与第二起偏器123(Thorlabs公司ILP1550SM-APC)输入端相连，第二起偏器122输出端与波分复用器102的公共端相连。光脉冲从第一偏振分束器107与入射方向垂直的输出端输出。种子源脉冲模块1输出高能量纯四次孤子脉冲。

实施例3功率调整模块

所述功率调整模块2具有如下的光路结构，光脉冲经第三反射镜201(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)传输至第三光栅202(LightSmyth Technologies公司130mm×20mm光栅)上，第三光栅202将光脉冲传输至第四反射镜203(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)后，反射至第五反射镜204(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)，第五反射镜204将光脉冲反射回第三光栅202，第三光栅202输出的脉冲经第三凸透镜(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)205传输至第六反射镜206(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)后经第三凸透镜205反射回第三光栅202上，光脉冲经第三光栅202传输至第四反射镜203，第四反射镜203反射光脉冲并经第五反射镜204反射后入射至第三光栅202，第三光栅202输出的光脉冲入射至波罗棱镜207并经波罗棱镜207(Union Optic公司POP0012-5保罗棱镜)反射回第三光栅202，光脉冲经第三光栅202后按上文所述路线再次经第四反射镜203、第五反射镜204、第三光栅202、第三凸透镜205、第六反射镜206，多次反射后回到第三光栅202上，第三光栅202将光脉冲入射至第四凸透镜208(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)，光脉冲经第四凸透镜208、声光调制器209(Gooch&Housego公司Fiber-Q声光调制器)、第五凸透镜210(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)、第二隔离器211(恒洋光学公司HOI-005-532隔离器)、第二半波片212(恒洋光学公司WPZ2310-248半波片)后入射至第七反射镜213(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第七反射镜213反射至第八反射镜214(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)后入射至第六凸透镜215(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜),光脉冲经过第六凸透镜215、第五准直器216(WT&T公司M011准直器)、第二掺铒光纤217(Thorlabs公司Er80-4/125掺铒光纤)、第六准直器218(WT&T公司M011准直器)、第七凸透镜219(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)后入射至第九反射镜220(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)，第一光电二极管223(DILAS公司D4F2P22-976光电二极管)产生的泵浦光经第七准直器222(WT&T公司M011准直器)、第八凸透镜221(恒洋光学公司GLH12-002-002-NIR凸透镜)后，与之前入射到第九反射镜220的光脉冲融合。融合后的光脉冲经第九反射镜220反射至第十反射镜224(恒洋光学公司GMH12-005-AU反射镜)，第十反射镜224将光脉冲反射至第三半波片225(恒洋光学WPZ2310-248半波片)，光脉冲经第三半波片225、第三四分之一波片226(恒洋光学公司WPZ4310-248四分之一波片)、带通滤波器227(YUNSANDA公司CW4L2滤波器)、第四半波片228(恒洋光学WPZ2310-248半波片)后入射至第四光栅232(LightSmyth公司T-940L-2710-92光栅)。光脉冲经第四光栅232传输至第五光栅233(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94预处理光栅)，第五光栅233将光脉冲传输至第十一反射镜234(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)。第十一反射镜234将脉冲反射回第五光栅233，光脉冲经第五光栅233传输至第四光栅232。第四光栅232输出的光脉冲传输至第十二反射镜229，并由第十二反射镜229反射至第五半波片230中，最后经过第二偏振分束器231输出。功率调整模块2压缩脉冲的光谱宽度，降低脉冲重复频率，提高了脉冲能量，并进行预整形补偿了配置中放置声光调制器造成的损失。

实施例4偏振脉冲分割模块

所述偏振脉冲分割模块具有如下的光路结构，光脉冲经第六半波片301(恒洋光学WPZ2310-248半波片)入射到第三偏振分束器302(Kongtum公司QTFBC-1216偏振分束器)的输入端，光脉冲从第三偏振分束器302垂直入射方向的输出端经过第四四分之一波片303(恒洋光学公司WPZ4310-248四分之一波片)传输至第十三反射镜304(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，第十三反射镜304将光脉冲反射回第四四分之一波片303，第四四分之一波片303再次将光脉冲传输至第三偏振分束器302，同时光脉冲从第三偏振分束器302另一与入射方向垂直的输出端输出，经过第五四分之一波片305(恒洋光学公司WPZ4310-248四分之一波片)传输至第十四反射镜306(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)和第一压电驱动器307(GO STAGE LLS4545)后，光脉冲被第十四反射镜306反射回第五四分之一波片305，第五四分之一波片305再次将光脉冲传输回第三偏振分束器302，光脉冲由第三偏振分束器302与入射方向平行的端口输出经第七半波片308(恒洋光学WPZ2310-248半波片)传输至第四偏振分束器309(Kongtum公司QTFBC-1216偏振分束器)，光脉冲从第四偏振分束器309的与入射方向垂直的端口经过第六四分之一波片310(Kongtum公司QTFBC-1216偏振分束器)传输至第十五反射镜311(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，第十五反射镜311将光脉冲反射回第六四分之一波片310，第六四分之一波片310再次将光脉冲传输回第四偏振分束器309，同时光脉冲从第四偏振分束器309另一方向与入射方向垂直的端口经过第七四分之一波片312(恒洋光学公司WPZ4310-248四分之一波片)传输至第十六反射镜313(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)和第二压电驱动器314(GO STAGE LLS4545)后，光脉冲被第十五反射镜313反射回第七四分之一波片312，第七四分之一波片312再次将光脉冲传输至第四偏振分束器309，光脉冲由第四偏振分束器309与入射方向平行的输出端输出经过第九凸透镜315(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)、第十凸透镜316(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)入射至倾斜啁啾体布拉格光栅324(Teraxion公司DMR)，光脉冲中长波分量从倾斜啁啾体布拉格光栅324背面传输至第十七反射镜322，经第十七反射镜322反射后传输至第二空间光调制器323(FSLM-4K70-P结合硅上液晶反射式空间光调制器)，并从第二空间光调制器323入射至第十七反射镜322(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，第十七反射镜322将光脉冲反射回倾斜啁啾体布拉格光栅324，光脉冲与之前入射至倾斜啁啾体布拉格光栅324后从其前表面反射的短波分量融合经过第八半波片320(恒洋光学WPZ2310 -248半波片)传输至第一薄膜偏振器319，光脉冲经第一薄膜偏振器319分裂成主光脉冲和拒绝光脉冲，拒绝光脉冲经过第一薄膜偏振器319透射传输至光束截止器318(Ophir Optronics Solutions Ltd.PD300-IR)，主光脉冲经第一薄膜偏振器319(Thorlabs LPNIRE11S)反射至楔形分束器325(ThorlabsBSF2550)后经楔形分束器325输出；偏振脉冲分割模块3实现了脉冲的时分复制，预补偿脉冲传输过程中积累的非线性相移，压缩脉冲宽度。

实施例5偏振脉冲合成模块

所述偏振脉冲合成模块具有如下的光路结构，光脉冲入射至第一分束器4001(SIGMA OBCL20-1064-R5)输入端，从第一分束器4001的输出端传输至第十八反射镜4002，光脉冲经第十八反射镜4002(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)反射至第十九反射镜4003(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)后，经第十九反射镜4003反射至第二十反射镜4004(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，第二十反射镜4004将光脉冲反射至第二十一反射镜4005(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第二十一反射镜4005反射至第十一凸透镜4006(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)，光脉冲经过第十一凸透镜4006、第十二凸透镜4007(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)、第一双色镜4008(Thorlabs公司DMSP1180双色镜)后，经第一双色镜4008透射输出，光脉冲与经第五十五反射镜4105(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)反射至第一双色镜4008后反射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲经第一双色镜4008传输至第一KTiAsO4晶体4009(DIENTECH密度3.454g/cm

实施例6光谱整形模块

所述的光谱整形模块5具有如下光路结构，光脉冲经过第二分束器501(SIGMAOBCL20-1064-R5)入射至第三分束器502(SIGMA OBCL20-1064-R5)，光脉冲经第三分束器502输出端传输至第七十反射镜503(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第七十反射镜503反射后依次经过第七十一反射镜504(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第七十二反射镜505(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第七十三反射镜506(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)反射，由第七十三反射镜506反射后的光脉冲入射至第十光栅512(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94光栅)，第十光栅512将光脉冲反射至第十一光栅513(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94光栅)，第十一光栅513将光脉冲反射至第七十四反射镜514(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)上，光脉冲到达第七十四反射镜514后按输入路线反射回到第十光栅512，第十光栅512将光脉冲传输至第七十五反射镜515(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第七十五反射镜515反射至第七十六反射镜517(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，经第七十六反射镜517入射至第二十三凸透镜535，第三分束器502的另一输出端输出的光脉冲传输至第七十七反射镜507，光脉冲经第七十七反射镜507反射后依次经过第七十八反射镜508(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第七十九反射镜509(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第八十反射镜510(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第八十一反射镜511(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，由第八十一反射镜511反射的光脉冲与经第七十反射镜506反射的光脉冲平行进入第十光栅512，并按上文所述由第四十反射镜506(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)入射至第十光栅512的光脉冲的入射路线依次经过第十光栅512、第十一光栅513、第七十四反射镜514后，沿输入路线返回至第十光栅512，光脉冲由第十光栅512传输至第七十五反射镜515(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第七十五反射镜515反射至第七十九反射镜516，经第七十九反射镜516(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)入射至第二十三凸透镜535(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)，由第二分束器501另一输出端输出的光脉冲传输至第八十反射镜518(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，经第八十反射镜518传输至第四分束器519(SIGMA OBCL20-1064-R5)，光脉冲经过第四分束器519输出端输出的光脉冲传输至第八十一反射镜520(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第八十一反射镜520反射后依次经过第八十二反射镜521(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第八十三反射镜522(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第八十四反射镜523(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)反射，由第八十四反射镜523反射后的光脉冲入射至第十二光栅529(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94光栅)，第十二光栅529将光脉冲反射至第十三光栅530(LightSmyth公司LSFSG-1000-3225-94光栅)，第十三光栅530将光脉冲反射至第八十五反射镜531(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)上，光脉冲到达第八十五反射镜531后按输入路线反射回到第十二光栅529，第十二光栅529将光脉冲传输至第八十六反射镜532，光脉冲经第八十六反射镜532(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)反射至第八十七反射镜534(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，经第八十七反射镜534入射至第二十三凸透镜535，第四分束器519另一输出端输出的光脉冲传输至第八十八反射镜524，光脉冲经第八十八反射镜524反射后依次经过第八十九反射镜525(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第九十反射镜526(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第九十一反射镜527(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)、第九十二反射镜528(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，由第九十二反射镜528反射的光脉冲与经第八十四反射镜523反射的光脉冲平行进入第十二光栅529，按上文所述由第八十四反射镜523入射至第十二光栅529的光脉冲的入射路线依次经过第十二光栅529、第十三光栅530、第八十五反射镜531并沿输入路线返回至第十二光栅529，光脉冲由第十二光栅529传输至第八十六反射镜532，光脉冲经第八十六反射镜532反射至第九十三反射镜533(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，经第九十三反射镜533入射至第二十三凸透镜535，分别经过第七十九反射镜516、第七十六反射镜517、第九十三反射镜533、第八十七反射镜534(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)的四束光脉冲平行进入第二十三凸透镜535，光脉冲经过第二十三凸透镜535聚焦融合，融合后的光脉冲经过第九十四反射镜536(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)反射至第五分束器537(SIGMA OBCL20-1064-R5)，经过第五分束器537的光脉冲输出至第六分束器538(SIGMAOBCL20-1064-R5)，光脉冲经第六分束器538输出至第一可调光阑539(Thorlabs ID25)，光脉冲经过第一可调光阑539、可变光密度调节器540(Thorlabs NEV0830M)、第二十四凸透镜541(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)、蓝宝石晶体542(Optogama 5mm厚c向切割蓝宝石晶体)、第二十五凸透镜543(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)后入射到第九十五反射镜544(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)上，光脉冲经第九十五反射镜544反射至第十四双色镜552(Thorlabs公司DMSP1180双色镜)并经第十四双色镜552透射输出传输至第一滤光片553(恒洋光学公司HANF-D25-006 T:25％)，从第六分束器538另一端输出的光脉冲入射至第二可调光阑545(Thorlabs ID25)，光脉冲经过第二可调光阑545入射至第九十六反射镜546(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲依次经过第九十六反射镜546、第九十七反射镜5047(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)和第九十八反射镜54(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)8反射后，光脉冲反射至第二十五凸透镜549(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)，光脉冲经第二十五凸透镜549后依次通过第一BBO晶体550(2mm厚BBO晶体)、SF11玻璃551(SCHOTT Advanced Optocs 1000934)后，入射至第十四双色镜552(Thorlabs公司DMSP1180双色镜)，光脉冲经第十四双色镜552反射，与经第九十五反射镜544反射至第十四双色镜552后透射输出的光束融合，融合后的光束依次经过第一滤光片553、第二BBO晶体554(2mm厚BBO晶体)、第二十六凸透镜555(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)、第二滤光片556(恒洋光学公司HANF-D25-006 T:25％)后，经第二滤光片556传输至第十五双色镜557(Thorlabs公司DMSP1180双色镜)，光脉冲经第十五双色镜557透射传输至第三BBO晶体564，由第五分束器537另一输出端输出的光脉冲经第三可调光阑558(Thorlabs ID25)入射至第九十九反射镜559(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第九十九反射镜559反射至第一百反射镜560(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，经第一百反射镜560反射至第一百零一反射镜561(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲经第一百零一反射镜561反射后依次经过第二十七凸透镜562(恒洋光学GLH12-002-002-NIR凸透镜)、第十五半波片563(恒洋光学WPZ2310-248半波片)，光脉冲经第十五半波片563传输至第十五双色镜557，并经第十五双色镜反射，与经第十五双色镜557透射输出的光脉冲融合，融合后的光脉冲传输至第三BBO晶体564(2mm厚BBO晶体)，经第三BBO晶体564传输至第一百零二反射镜565(恒洋光学GMH12-005-AU反射镜)，光脉冲输出。光谱整形模块5实现进一步脉冲宽度压缩和光脉冲中心波长的搬移，输出高能量飞秒孤子脉冲。

实施例7本发明的工作原理

结合上述各实施例及各附图，说明本发明的工作原理。

种子脉冲源模块1采用空间光调制器设计可编程脉冲整形结构，对光纤激光器腔内高阶色散管理，第一起偏器120、第一偏振控制器121、第二偏振控制器122和第二起偏器123经保偏光纤相连组合为多峰高阶可调谐滤波器，使光纤激光器腔输出不受孤子面积理论限制的高能量纯四次孤子脉冲。功率调整模块2第三光栅202和光学透镜结合压缩脉冲光谱宽度，防止放大后的脉冲损伤放大器件，声光调制器209可以降低光脉冲重复频率，使之在后面的结构中获得更高的脉冲能量。由第二空间光调制器323与倾斜啁啾体布拉格光栅组成的二级高阶色散调控结构预补偿系统中积累的非线性相移，压缩了脉冲宽度。偏振脉冲合成模块4通过多通道复用技术实现功率放大。光谱整形模块5中基于透镜的双通路色散延迟线压缩结构对光脉冲进行进一步脉冲整形，获得高能量超短脉冲输出。