法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-02-22
授权
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2014-09-24
实质审查的生效 IPC(主分类):H01S3/067 申请日:20140514
实质审查的生效
2014-08-27
公开
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技术领域
本发明属于激光技术、非线性光学领域,具体涉及一种全光纤结 构的蓝光和紫外光增强超连续谱激光器。
背景技术
高峰值功率的光脉冲在高非线性光纤中传播时,其时域和频域的 演化不仅受到光纤色散特性的影响,还受到光纤非线性效应的影响, 例如,自发相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、受激拉曼散 射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)和四波混频(FWM)等非线性 效应,所有这些色散和非线性过程共同导致光谱带宽展开数百甚至数 千纳米,这种现象称为超连续光谱的产生。
超连续谱光源由于其带宽广、稳定性好、重复频率由泵浦光源决 定这些特点,使其在光学相干成像、频率测度、光学仪器测试、光纤 陀螺、超短脉冲产生以及材料光谱学、环境测量、光纤传感、光计量 学、激光光谱学、生物医学及光学采样等很多领域拥有重要的应用价 值。其中,蓝光和紫外光超连续激光更是在激光显示、生物光谱成像、 光电对抗等领域有着难以估量的价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全光纤结构的蓝光和紫外光增强超 连续谱激光器,其产生的超连续具有光谱成分中蓝光和紫外光成分 高,光谱平坦度好,光谱带宽广,耦合效率高和转换效率高的特点。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为一种全光纤结构的蓝 光和紫外光增强超连续谱激光器,该激光器包括由光纤连接的泵浦源 (1)、光纤放大器(2)、拉锥石英光子晶体光纤(3)。
所述泵浦源(1)为全光纤环形腔结构的非线性偏振旋转锁模光纤 激光器,泵浦源(1)包括单模半导体激光器a(4)、光纤波分复用器 a(5)、单包层掺稀土光纤a(6)、延迟纤(7)、光纤滤波器(8)、偏 振控制器a(9)、偏振相关隔离器(10)、偏振控制器b(11)、光纤耦 合器(12)、光纤隔离器a(13);所述单模半导体激光器a(4)的尾 纤与光纤波分复用器a(5)的第一输入端连接;光纤波分复用器a(5) 的输出端与单包层掺稀土光纤a(6)连接,单包层掺稀土光纤a(6) 的另一端与延迟纤(7)连接;延迟纤(7)的另一端与光纤滤波器(8) 的输入端连接,光纤滤波器(8)的输出端与偏振控制器a(9)连接; 偏振控制器a(9)的另一端与偏振相关隔离器(10)的输入端连接, 偏振相关隔离器(10)的输出端与偏振控制器b(11)连接,偏振控 制器b(11)的另一端与光纤耦合器(12)的输入端连接,光纤耦合 器(12)的第一输出端与光纤波分复用器a(5)的第二输入端连接, 构成环形激光腔结构。所述光纤耦合器(12)的第二输出端与光纤隔 离器a(13)的输入端相连,光纤隔离器a(13)的输出端为信号激光 输出口。单模半导体激光器a(4)输出的泵浦光通过光纤波分复用器 a(5)耦合进激光腔,泵浦单包层掺稀土光纤a(6)得到信号光,两 个偏振控制器a(9)偏振控制器b(11)和偏振相关隔离器(10)组 成了非线性偏振旋转的锁模元件可以实现被动锁模,延迟纤(7)起 到增加腔长降低重频的作用,这样,泵浦源(1)得到的信号光具有 低重频、窄脉宽、啁啾含量大的特性,经光纤放大器放大后可以得到 高峰值功率的激光输出。
所述光纤放大器(2)包括依次设置的第一级单模光纤放大器、 第二级双包层光纤放大器和第三级双包层光纤放大器;所述第一级单 模光纤放大器包括单模半导体激光器b(14)、光纤波分复用器b(15)、 单包层掺稀土光纤(16)、光纤隔离器b(17);其中,单模半导体激 光器b(14)的输出端与光纤波分复用器b(15)的第一输入端连接, 光纤隔离器a(13)输出的信号激光与光纤波分复用器b(15)的第二 输入端相连,光纤波分复用器b(15)的输出端与单包层掺稀土光纤b (16)连接,单包层掺稀土光纤b(16)的另一端与光纤隔离器b(17) 的输入端连接。
所述第二级双包层光纤放大器包括多模半导体激光器a(18)、光 纤合束器a(19)、双包层掺稀土光纤b(20)、光纤隔离器c(21);其 中,多模半导体激光器a(18)的输出端与光纤合束器a(19)的泵浦 输入端连接,第一级单模光纤放大器的光纤隔离器b(17)的激光输 出端与光纤合束器a(19)的信号输入端连接,光纤合束器a(19)的 输出端与双包层掺稀土光纤a(20)连接,双包层掺稀土光纤a(20) 的另一端与光纤隔离器c(21)的输入端连接。
所述第三级双包层光纤放大器包括多模半导体激光器b(22)、光 纤合束器b(23)、双包层掺稀土光纤b(24)、光纤隔离器d(25);其 特征在于多模半导体激光器b(22)的输出端与光纤合束器b(23)的 泵浦输入端连接,第二级双包层光纤放大器的光纤隔离器c(21)的 激光输出端与光纤合束器b(23)的信号输入端连接,光纤合束器b (23)的输出端与双包层掺稀土光纤b(24)连接,双包层掺稀土光 纤b(24)的另一端与光纤隔离器d(25)的输入端连接。
所述拉锥石英光子晶体光纤(3)使用光纤拉丝塔对石英光子晶 体光纤直接拉锥或使用光纤拉锥机采用空气孔膨胀后拉锥技术对石 英光子晶体光纤拉锥。
光纤放大器(2)的工作过程如下,种子光经过光纤隔离器a(13) 后,在由光纤波分复用器b(15)耦合的单模半导体激光器b(14)泵 浦下,经过第一级单模光纤放大器后,经光纤隔离器b(17)输出, 得到的种子光被放大;第一级放大后的激光进入第二级双包层光纤放 大器,在经过光纤合束器a(19)耦合的多模半导体激光器a(18)泵 浦下,经光纤隔离器c(21)输出,激光被进一步放大;最后,第二 级放大后的激光进入第三级双包层光纤放大器,在经过光纤合束器b (23)耦合的多模半导体激光器b(22)泵浦下,经光纤隔离器d(25) 输出,激光的功率被更进一步放大。
对光纤隔离器d(25)的尾纤进行拉锥处理减小其模场直径,对石 英光子晶体光纤通过选择性空气孔塌缩技术处理增大其模场直径,这 样使光纤隔离器d(25)尾纤的模场尽可能与石英光子晶体光纤模场 达到匹配。
对石英光子晶体光纤的中部通过使用光纤拉丝塔直接拉锥处理, 或使用光纤拉锥机采用空气孔膨胀后拉锥技术拉锥处理,得到纤芯直 径为约2~3μm,孔孔间距(Λ)为1.5~3.5μm,填充率(d/Λ)为0.5~ 0.95,零色散波长向短波长移动的拉锥石英光子晶体光纤(3)。
光纤放大器(2)输出的激光经过上述拉锥石英光子晶体光纤(3) 后产生的超连续谱,实现了光谱成分中的蓝光和紫外光成分增强的效 果。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:泵浦源采用了长腔非 线性偏振旋转锁模光纤激光器,其产生信号光的重复频率可以通过延 迟纤的长度调节,且脉冲宽度为皮秒量级,经过单模光纤放大器和两 级双包层光纤放大器后,可以得到峰值功率较高的激光输出,将其输 入到拉锥石英光子晶体光纤中,易于产生蓝光和紫外光增强的超连续 谱。
附图说明
图1为本发明全光纤结构的蓝光和紫外光增强超连续谱激光器的 结构示意图。
图中:1—泵浦源,2—光纤放大器,3—拉锥石英光子晶体光纤, 4—单模半导体激光器a,5—光纤波分复用器a,6—单包层掺稀土光 纤a,7—延迟纤,8—光纤滤波器,9—偏振控制器a,10—偏振相关 隔离器,11—偏振控制器b,12—光纤耦合器,13—光纤隔离器a,14— 单模半导体激光器b,15—光纤波分复用器b,16—单包层掺稀土光纤 b,17—光纤隔离器b,18—多模半导体激光器a,19—光纤合束器a, 20—双包层掺稀土光纤a,21—光纤隔离器c,22—多模半导体激光器 b,23—光纤合束器b,24—双包层掺稀土光纤b,25—光纤隔离器d。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。
如图1所示,本发明的一种全光纤结构的蓝光和紫外光增强超连续 谱激光器,包括依次连接的泵浦源(1)、光纤放大器(2)及拉锥石 英光子晶体光纤(3)。其中,泵浦源(1)为全光纤结构的非线性偏 振旋转锁模光纤激光器;该泵浦源采用环形腔结构,包括由单模光纤 连接的单模半导体激光器a(4)、光纤波分复用器a(5)、单包层掺稀 土增益光纤a(6)、延迟纤(7)、光纤滤波器(8)、偏振控制器a(9)、 偏振相关隔离器(10)、偏振控制器b(11)和光纤耦合器(12)。本 实例中的延迟纤(7)为长度1000m的SMF-28光纤。工作时,通过扳 动偏振控制器(PC)(9)(11)实现单纵模锁定,得到的种子光的重 复频率为200kHz,脉冲宽度约为250ps,输出平均功率约为200μW。
光纤放大器共有三级,包括依次连接的第一级单模光纤放大器、 第二级双包层光纤放大器和第三级双包层光纤放大器。其中,第一级 单模光纤放大器采用的掺稀土光纤b(16)为单包层6/125μm的掺镱光 纤,在975nm处的吸收为250dB/m;第二级双包层光纤放大器采用的 双包层掺稀土光纤a(20)为双包层7/128μm掺镱光纤,在975nm处的 吸收为5.4dB/m;第三级双包层光纤放大器采用的双包层掺稀土光纤b (24)为双包层10/128μm掺镱光纤,在975nm处的吸收为6.8dB/m。
光纤放大器工作过程为:种子光经过光纤隔离器a(13)后,在由 光纤波分复用器b(15)耦合的600mW/976nm单模半导体激光器b(14) 泵浦下,经过第一级单模光纤放大器后,经光纤隔离器b(17)输出 种子光被放大至约20mW;第一级放大后的激光进入第二级双包层光 纤放大器,在经过光纤合束器a(19)耦合的10W/975nm的多模半导 体激光器a(18)泵浦下,经光纤隔离器c(21)输出,激光被进一步 放大至1W;最后,第二级放大后的激光进入第三级双包层光纤放大 器,在经过光纤合束器b(23)耦合的2个25W/975nm的多模半导体激 光器b(22)泵浦下,经光纤隔离器d(25)输出,激光的功率被放大 至20W。
对光纤隔离器d(25)的尾纤进行拉锥处理减小其模场直径,对石 英光子晶体光纤通过选择性空气孔塌缩技术处理增大其模场直径,这 样使光纤隔离器d(25)尾纤的模场尽可能与石英光子晶体光纤模场 达到匹配,熔接损耗应小于0.8dB。对石英光子晶体光纤的中部通过 使用光纤拉丝塔直接拉锥处理,或使用光纤拉锥机采用空气孔膨胀后 拉锥技术拉锥处理,得到纤芯直径为约2~3μm,孔孔间距(Λ)为1.5~ 3.5μm,填充率(d/Λ)为0.5~0.95,零色散波长向短波长移动的拉锥 石英光子晶体光纤(3)。光纤放大器(2)输出的激光经过上述拉锥 光子晶体光纤(3)后产生的超连续谱激光功率可以达到13W,输出 光谱带宽约为370~2400nm,并且实现了产生的超连续谱中的蓝光和 紫外光成分增强的效果。
机译: 激光辐射源,基于半导体激光器的区域中的单频和高功率蓝光和紫外光
机译: 基于双频光纤激光器的超宽带超连续谱光源
机译: 中红外超连续谱光纤激光器