基于脈寬可調的鎖模光纖激光器的超連續譜光源制造技術

本發明專利技術屬于光纖激光光源技術領域，具體為一種基于脈寬可調的光纖激光器的超連續光譜光源。本發明專利技術的超連續譜光源由脈沖寬度可調的鎖模光纖激光器和非線性介質連接組成，或者由脈沖寬度可調的鎖模光纖激光器、放大器和非線性介質依次連接組成；所述放大器用于對鎖模光纖激光器的輸出脈沖能量進行放大；所述非線性介質，通過其非線性效應和色散效應將輸入到非線性介質的高能量脈沖演化成超連續光譜，然后輸出超連續光譜；本發明專利技術通過靈活地操縱鎖模光纖激光器的輸出脈寬和功率，就可實現對超連續譜的光譜寬度和能量進行靈活地調控。可應用于生物醫學、遙感探測、環境檢測、光學檢測、多通道光纖通信及光譜學等方面。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光纖激光光源
，具體涉及一種基于脈寬可調的光纖激光器的超連續光譜光源。
技術介紹
激光光源具有高亮度、很好的方向性和單色性。然而，在眾多實際應用中，要求光源具有很寬的光譜寬度，此時普通的激光光源不能滿足應用需求。傳統光源如白熾燈、汞燈等，雖然具有寬光譜，但是它們在亮度和方向性等遠不如激光光源。而超連續譜光源同時滿足上述兩方面的要求，可產生高亮度、方向性好、高相干的寬帶光譜源，在基礎科學、工業、通信、光譜學、光學檢測、環境檢測、遙感探測、醫療等眾多領域都有著重要應用，如分子光譜分析、共聚焦顯微鏡、光學相干層析、多通道光纖通信、生物醫學成像等。目前產生超連續譜的主流技術是采用I μ m、1.5 μ m、2 μ m某一波段的光纖激光器栗浦某種非線性介質，利用其非線性和色散特性產生超寬帶光譜輸出。與I μπι波段的光纖激光器色散匹配的非線性介質主要有石英光纖、光子晶體光纖、微結構光纖等，其波段覆蓋范圍可在可見光和近紅外波段。與1.5 μπι和2 μπι波段的光纖激光器色散匹配的非線性介質主要有硫化物、氟化物、碲化物等材質晶體，其波段覆蓋范圍主要在中紅外波段。但是上述所激發的超連續譜的輸出譜寬及其平整度都與采用的光纖激光器的波長、脈沖寬度、光功率以及非線性介質的零色散波長位置等有著直接的聯系。超連續譜光源發展追求的是波長覆蓋寬度的可調控和光譜能量的可調控。為了實現對輸出譜寬度控制，通常通過改變栗浦激光器功率參數來改變超連續譜的展寬程度，但是這種方法還是無法用于產生指定波段范圍的超連續譜控制。還有一種方法是通過群速度匹配條件來控制產生的超連續譜范圍，也就是通過微結構、折射率等來改變非線性介質的色散和零色散點。這種方法就需要很好的控制注入激光的中心波長與零色散點之間的間隔，以利于控制超連續譜范圍的拓展。上述這兩種方法均缺乏操作的靈活性和實時調控性。因此，亟需要有一種能實現對超連續譜光源的譜寬或能量進行實時靈活地調控的方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于脈寬可調諧的鎖模光纖激光器的超連續譜光源，以實現對超連續譜光源的譜寬或能量進行實時靈活的調控。本專利技術提供的基于脈寬可調的鎖模光纖激光器的超連續譜光源，由脈沖寬度可調的鎖模光纖激光器和非線性介質連接組成，或者由脈沖寬度可調的鎖模光纖激光器、放大器和非線性介質依次連接組成。其中: 所述鎖模光纖激光器，是用于產生脈沖寬度可調諧(如從納秒調諧到飛秒量級)的激光的種子源；其結構腔可以是環形的或線性的，也可以是8字形的； 進一步，所述的脈寬可調的鎖模光纖激光器，包括:栗浦激光器，栗浦合束器，增益光纖，非增益光纖，調制深度可變的飽和吸收體，耦合器，偏振控制器，隔離器，反射器；其中: 所述栗浦激光器，通過接入栗浦合束器，對增益光纖進行栗浦； 所述栗浦合束器，用于將多個栗浦激光器進行合束栗浦； 所述增益光纖，連接于栗浦合束器之后，用于對所述的鎖模光纖激光器提供增益源或自發輻射源；所述的鎖模光纖激光器產生的脈沖的中心波長主要取決于該增益光纖的摻雜類型和結構，如分別選取增益光纖為摻鐿光纖、摻鉺光纖、摻銩光纖，那么其輸出波長可分別位于在I μπκ?.5 μηι、2 μ??波段附近； 所述非增益光纖，用于對所述的鎖模光纖激光器中的整體色散和非線性進行調控，以保證輸出脈沖的穩定，還決定著鎖模光纖激光器輸出脈沖寬度的調諧范圍； 所述調制深度可變的飽和吸收體，用于調節所述的鎖模光纖激光器的輸出脈沖寬度。通過飽和吸收體的偏振吸收調制、交叉吸收調制效應或偏振交叉吸收調制等來調節飽和吸收體的調制深度，從而控制所述的鎖模光纖激光器輸出脈沖的寬度，實現脈寬可調； 所述耦合器，可用于把鎖模光纖激光器內部的多束光耦合到一路或者多路中，或者把一束光耦合到多路中，起到光束分流和耦合的作用；還可用于把所述的鎖模光纖激光器所產生的鎖模脈沖導出激光器，輸出到放大器或非線性介質中；還可用于把光耦合到非增益光纖中，形成特殊的腔結構，如:8字形結構；還可用于將其他特殊的器件耦合進入所述的鎖模光纖激光器中；等等； 所述偏振控制器，主要用于對初始光脈沖形成產生微小偏振擾動，以到達穩定脈沖形成條件； 所述隔離器，是可選擇性加入的器件，主要用于保證光束在所述鎖模光纖激光器系統中傳輸時只向著一個方向傳輸。在環形腔和8字形腔中，一定需要隔離器，以減小隔離器方向相反的反向光產生的擾動干擾。如所述的激光器是采用線性腔結構，就不需要加入隔離器; 所述的調制深度可變的飽和吸收體、非增益光纖、耦合器、偏振控制器、隔離器在鎖模光纖激光器中的放置位置并無嚴格的限制。所述反射器，也是可擇性選加入器件，所述鎖模光纖激光器采用線性腔結構時，必須加入反射器。需放置于線性腔結構的鎖模光纖激光器的兩端，即線性腔結構的鎖模光纖激光器主要是通過兩端的反射器9來形成激光諧振腔。所述放大器，用于對鎖模光纖激光器的輸出脈沖能量進行放大。所述非線性介質，主要作用是通過非線性介質的非線性效應和色散效應將輸入到非線性介質的高能量脈沖演化成超連續光譜，然后輸出超連續光譜。非線性介質的材質不同，獲得的超連續譜波段不同，通常采用的非線性介質材料有光子晶體光纖、不規則微結構光纖、微結構光纖、微納光纖、硫化物光纖、碲化物光纖等各種非線性介質。通過控制輸出到非線性介質中的脈沖寬度或脈沖能量的大小來調節輸出的超連續譜的寬度。本專利技術通過靈活地操縱脈寬可調的鎖模光纖激光器的輸出脈寬和功率，就可實現對超連續譜的光譜寬度和能量進行靈活地調控。可應用于生物醫學、遙感探測、環境檢測、光學檢測、多通道光纖通信及光譜學等方面。【附圖說明】圖1為本專利技術超連續譜光源的第一實施例結構圖示(是基于放大器的)。圖2是本專利技術中脈寬可調的鎖模光纖激光器的結構圖示(是基于環形腔結構的)。圖3是本專利技術中脈寬可調的鎖模光纖激光器的結構圖示(基于線性腔結構的)。圖4是本專利技術中調制深度可變的飽和吸收體的第一實施例結構圖示(是基于交叉吸收調制效應實現的)。圖5是本專利技術中調制深度可變的飽和吸收體的第二實施例結構圖示(是基于交叉偏振吸收調制效應實現的)。圖6是本專利技術所述的調制深度可變的飽和吸收體的第三實施例結構圖示(是基于偏振吸收調制效應實現的)。圖7是本專利技術的第二實施例，提供的是沒有放大器的超連續譜光源的結構圖。圖中標號:I栗浦激光器，2栗浦合束器，3增益光纖，4隔離器，5偏振控制器，6調制深度可變的飽和吸收體，7耦合器，8非增益光纖，9反射器；10鎖模光纖激光器，11放大器，12非線性介質；13寬帶飽和吸收體，14外加耦合器，15外加激光器，外加偏振控制器16。【具體實施方式】為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術采用脈寬可調諧的鎖模光纖激光器10作為在種子源，用放大器11對激光種子進行放大，然后輸入到非線性介質12中演化成超連續譜光，具體結構如附圖1所示。脈寬可調的鎖模光纖激光器作為種子源，其輸出一定是脈沖激光，激光脈沖產生方式主要是采用飽和吸收體的被動鎖模方式產生，那么飽和吸收體的調制深度就決定了鎖模方式所產生脈沖的寬度。本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于脈寬可調的鎖模光纖激光器的超連續譜光源，其特征在于：由脈沖寬度可調的鎖模光纖激光器和非線性介質連接組成，或者由脈沖寬度可調的鎖模光纖激光器、放大器和非線性介質依次連接組成；所述放大器用于對鎖模光纖激光器的輸出脈沖能量進行放大；所述非線性介質，通過其非線性效應和色散效應將輸入到非線性介質的高能量脈沖演化成超連續光譜，然后輸出超連續光譜；其中：所述鎖模光纖激光器，用于產生脈沖寬度可調諧的激光，其結構腔是環形的或線的性，或者是8字形的；所述的脈寬可調的鎖模光纖激光器，包括：泵浦激光器，泵浦合束器，增益光纖，非增益光纖，飽和吸收體，耦合器，偏振控制器；其中：所述泵浦激光器，通過接入泵浦合束器，對增益光纖進行泵浦；所述泵浦合束器，用于將多個泵浦激光器進行合束泵浦；所述增益光纖，連接于泵浦合束器之后，用于對所述的鎖模光纖激光器提供增益源或自發輻射源；所述的鎖模光纖激光器產生的脈沖的中心波長主要取決于該增益光纖的摻雜類型和結構，所述增益光纖為摻鐿光纖、摻鉺光纖或摻銩光纖，其對應的輸出波長分別位于1μm、1.5μm、2μm波段附近；所述非增益光纖，用于對所述的鎖模光纖激光器中的整體色散和非線性進行調控，以保證輸出脈沖的穩定；所述飽和吸收體，用于調節所述的鎖模光纖激光器的輸出脈沖寬度，其調制深度可變，即通過飽和吸收體的偏振吸收調制、交叉吸收調制效應或偏振交叉吸收調制，來調節飽和吸收體的調制深度，從而控制所述的鎖模光纖激光器輸出脈沖的寬度，實現脈寬可調；所述耦合器，用于把鎖模光纖激光器內部的多束光耦合到一路或者多路中，或者把一束光耦合到多路中，起到光束分流和耦合的作用；還用于把所述的鎖模光纖激光器所產生的鎖模脈沖導出激光器，輸出到放大器或非線性介質中；還用于把光耦合到非增益光纖中，形成特殊的腔結構；還用于將其他特殊的器件耦合進入所述的鎖模光纖激光器中；所述偏振控制器，用于對初始光脈沖形成產生微小偏振擾動，以到達穩定脈沖形成條件；對于環形和8字形腔結構的鎖模光纖激光器，還包括一隔離器，該隔離器連接于增益光纖與偏振控制器之間，用于保證光束在所述鎖模光纖激光器中傳輸時只向著一個方向傳輸；對于線性腔結構的鎖模光纖激光器，還包括一反射器，放置于線性腔結構的鎖模光纖激光器的兩端，用于形成光纖激光器的腔體。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：何曉穎，徐敏，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：上海;31