寬頻帶超連續光發射器件及其用途制造技術

一種器件，包括：-非線性光纖(F)；-泵浦系統；-光腔及有源介質，例如有源光纖(Fm)，所述有源介質位于所述光腔內，且通過由所述泵浦系統提供的泵浦被配置和布置，以產生并向所述非線性光纖(F)發射激光的混沌脈沖，其中所述非線性光纖(F)在其中激勵非線性效應，以便產生并由所述非線性光纖(F)的輸出端發射以隨時間隨機分布的光脈沖形式的超連續光。本發明專利技術也涉及所提出的針對低價格及具有足夠寬頻帶頻譜的明亮光源的多種應用的器件的多種用途。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及寬頻帶光發射器件，該器件包括非線性光纖，當通過激光脈沖激勵其 非線性效應時，該非線性光纖產生和發射超連續光，更具體地說，涉及器件，其中的所述激 光脈沖在性質上是混沌的，且該器件以隨時間隨機分布的光脈沖的形式發射超連續光。 本專利技術也涉及所提出器件對于多種應用的一系列用途。
技術介紹
現有技術中一些寬頻帶超連續光發射器件是公知的，其中一些將在下面提到。 市售的超連續光源是基于根據激光腔模式的相位同步機制工作的皮秒激光器，通 常被稱為"鎖模"，其激發非線性光子晶體纖維。鎖模激光技術是昂貴的，因此，功率大于1 瓦的超連續光源的成本大約為40000歐元。這些光源具有兩個重要特性：一方面，它們構成 用于光譜的鹵素燈的可替代物，另一方面，它們利用時間分辨率產生適用于測量學和光譜 學的相干頻率梳。 其它的超連續光源用作在開關光腔的Q因數的機制中工作的激勵系統或光纖激 光器系統，通常稱為"Q-開關"，其包括由泵浦源連續泵浦的摻雜的光纖增益介質，并提供比 鎖模激光器所產生的具有更高的脈沖能量和更久的脈沖持續時間的激光脈沖。 鎖模激光器和Q-開關激光器都要求一些類型的頻幅、相位或頻率調制器，無論是 有源的或是無源的。 專利文件No. CN102130413描述了基于多組分摻雜的二氧化硅光纖的全光纖類型 的連續激光源。這一文件并未指出所用光纖是非線性的。作者立足于在Q-開光構造中的 半導體激光器泵浦光源、鐿摻雜的光纖，以及多組分摻雜的二氧化硅光纖的工作來獲得具 有簡單結構形式、高輸出功率和寬泛且平緩的光譜范圍的連續激光源。 在CN102130413中所提出的激光源的光腔使用兩個高反射率布拉格光柵，因為在 光腔的兩端需要高反射率的反射鏡，因此所發射激光的效率必定會很低。 國際申請W02011124867A1描述了在紅外光區域和紫外光區域之間的超連續光 發射器件，其包括激光源和設置用于接收由該激光源發射的激光束、并產生和發射超連續 光的非線性微結構光纖，從而該器件包括用于改變所發射的超連續光脈沖的持續時間的機 構。 通常，光纖激光器（除了極少數時候，如CN102130413的情況）初始不會提供足夠 的功率，需要放大級，才能夠產生超連續光，這使得相對于能夠單獨使用激光器的情況其部 件的數量成倍增加。文獻"Cr4+:YAG 啁啾脈沖振蕩器"（New J Phys.2008 年 8 月 10 日，pii:083022. Sorokin E et al. Institut filr Photonik, TU Wien, Gusshausstr. 27/387, A-1040Vienna, Austria)描述了無源Cr:YAG鎖模激光器的啁啾脈沖操作。探討了圍繞零色散操作激光器 的不同的機制。顯示了對于某些激光器構造，到正色散的轉換允許輸出脈沖的能量增加五 倍，然而這一增加受到出現的多脈沖或混沌鎖模的限制。該輸出脈沖具有1.4ps的持續時 間，并且在3m的二氧化硅光纖件中可降低至120fs，這使得將在非線性光纖中產生超連續 光。頻譜的形式和啁啾脈沖機制的穩定性在很大程度上取決于腔內的色散的數量和形式。 注意：啁啾脈沖放大（CPA)是一種用于在放大前將超短激光脈沖放大至拍瓦 (petawatt)級，將激光脈沖在時間上和頻譜上展寬的技術。 文獻"無源Q-開關的全固態激光的脈沖間隔的混純"（"Chaos in the pulse spacing of passive Q-switched all-solid-state lasers"，Marcelo Kovalsky and Alejandro Hnilo, OPTICS LEITERS/Vol. 35, No. 20/2010 年 10 月 15 日）描述了對于在二極 管泵浦的Cr-YAGQ-開關激光器中，由低維確定性混沌決定脈沖間隔（"抖動"）的不穩定性 的實驗及理論驗證。在對動力學研宄及其主要參數的研宄中所獲得的特性對于減少該抖動 的有效的方式取得了進展，通過控制混沌的機制，其是具有實用價值的。相反地，預測脈沖 間隔的困難使得該系統對于高功率的加密通信（在自由空間傳播中，基于強大的混沌激光 頻率調制）引人注目。 因此，可以斷言，通過這兩個文獻，本領域技術人員可以理解在Q-開關激光器的 混沌機制的使用上或在混沌激光器的使用上所涉及的不穩定性問題，造成不允許光以受控 的方式被發射。
技術實現思路
本專利技術的實施例有必要提供替代現有技術填補其中缺陷的技術，提供超連續光發 射器件，其有效，且比現有技術中那些已知的更經濟，以及簡化了在超連續光器件中包括的 部件中的相當重要的一部分。 為此，本專利技術涉及寬頻帶超連續光發射器件，包括： -非線性光纖；-泵浦系統； -光腔；以及 -有源介質，所述有源介質位于所述光腔內，且通過由所述泵浦系統提供的泵浦被 配置和布置，以產生并向所述非線性光纖發射激光脈沖，其中所述非線性光纖在其中激勵 非線性效應，以便產生并由所述非線性光纖的輸出端發射所述超連續光。 不像已知的寬頻帶超連續光發射器件，在本專利技術提出的器件中，配置光腔和其中 的有源介質，因此由所述有源介質產生和發射的激光脈沖為光的混沌脈沖，其激勵所述非 線性光纖的非線性效應來使得所述非線性光纖產生和發射以隨時間隨機分布的光脈沖形 式的超連續光。 在優選實施例中，本專利技術的器件包括至少一個布置在或接近所述非線性光纖的輸 出端的低反射率（〈〇. 1)元件，其中所述低反射率優選具有在-10dB與_70dB之間的值，更 具體地具有在_30dB與_50dB之間的值。 在一個實施例中，上述低反射率元件為以非直角切斷的所述非線性光纖的非準直 儀（collimator)端，同時在替代實施例中，所述低反射率元件為所述非線性光纖輸出端的 部分反射的準直儀端，例如球形融合端，組裝在非線性光纖的輸出端的具有抗反射涂層的 準直儀透鏡，或連接至非線性光纖的輸出端（以非直角切斷）的外部準直儀。 根據實施例，非線性光纖為非線性微結構光纖。 在更優選的實施例中，尤其是由于隨其所獲得的高效率，非線性光纖設置在所述 光腔內，通常與所述有源介質融合，然而在其它次優選實施例中，其可設置在外部，在這種 情況下，低反射率元件設置在光腔的端部，且從光腔中出來的光經由所述低發射率元件聚 焦在非線性光纖上，然而這種布置的效率要低得多，由于有與光損失和不穩定性相關的問 題，因為對激光的任何小的反射使得它不穩定，振動也可影響光在非線性光纖上的聚焦。 根據實施例，上述有源介質包括有源光纖的部分，其輸出端連接至所述非線性光 纖的輸入端，且泵浦系統包括設置在所述有源光纖部分的輸入端處，以向內發射光的泵浦 二極管。 在優選的所述實施例的變體中，有源光纖具有摻雜有鐿（Yb)的芯，而在其它次優 選變體中，其摻雜有至少一種以下元素：鉺（Er)、釹（Nd)、銩（Tm)及鈥（Ho)，由此非線性有 源光纖必須被設計為，使得它以非線性機制，在由有源光纖發射的波長（例如，在鉺摻雜的 情況下，在1550nm的頻帶內）處工作。 根據實施例，本專利技術的器件包括適配光纖部分，其使得有源光纖部分的輸出端與 非線性光纖的輸入端互連。 根據實施例，器件包括至少一個設置在所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
寬頻帶超連續光發射器件，至少包括：?非線性光纖(F)；?泵浦系統；?光腔；以及?有源介質，所述有源介質位于所述光腔內，且通過由所述泵浦系統提供的泵浦被配置和布置，以產生并向所述非線性光纖(F)發射激光脈沖，其中所述非線性光纖(F)在其中激勵非線性效應，以便產生并由所述非線性光纖(F)的輸出端發射所述超連續光；其中所述器件的特征在于，配置所述光腔和所述有源介質，以使由所述有源介質產生和發射的激光脈沖為光的混沌脈沖，其激勵所述非線性光纖(F)的非線性效應來使得所述非線性光纖(F)產生和發射以隨時間隨機分布的光脈沖形式的超連續光。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·V·安德烈斯·布，J·L·克魯茲·穆尼奧斯，A·迭斯·克勒馬德，Y·巴緬科夫，P·佩雷斯·米蘭，
申請(專利權)人：瓦倫西亞大學，
類型：發明
國別省市：西班牙;ES