專利名稱：一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法。
背景技術(shù)：
窄帶脈沖在介質(zhì)中由于極度的非線性光譜展寬效應(yīng)而產(chǎn)生的寬帶連續(xù)譜被稱為超連續(xù)譜(Supercontinuum)。超連續(xù)譜光源具有光譜范圍寬、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、非線性光譜學(xué)、光學(xué)相干層析、光頻率計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。如今利用光子晶體光纖可實(shí)現(xiàn)光譜范圍覆蓋可見到近紅外波段的超連續(xù)譜光源，丹麥的NKT光子公司、武漢安揚(yáng)激光技術(shù)公司等已有商用的超連續(xù)譜光源產(chǎn)品，輸出光譜范圍可覆蓋400-2400nm，最大輸出功率超過(guò)8W。近年來(lái)隨著激光技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的需求，如何提高超連續(xù)譜的輸出功率，以及如何將超連續(xù)譜光源的光譜范圍向紫外和中紅外波段擴(kuò)展是超連續(xù)譜光源發(fā)展的最新趨勢(shì)和新的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)，2-5 μ m波段的中紅外光源在生物醫(yī)學(xué)、紅外物理、紅外對(duì)抗、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程控制等民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。利用化學(xué)激光器、光學(xué)參量振蕩器、光學(xué)參量放大器和量子級(jí)聯(lián)激光器等都可以實(shí)現(xiàn)中紅外波段的激光光源，但是輸出光譜帶寬受到限制，而其它寬光譜光源，亮度和相干度又很低。高平均功率2-5 μ m中紅外超連續(xù)光源(Mid-1R SC)能同時(shí)提供高的亮度、相干度和寬的光譜帶寬，在特定條件下使用性能和便捷性將大大優(yōu)于其他中紅外光源，可成為多領(lǐng)域的常備儀器。目前，已有的2-5μ m超連續(xù)相干光源都是采用激光器泵浦高非線性軟玻璃光纖包括光子晶體光纖的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如申請(qǐng)?zhí)枮?01210276184.5的中國(guó)專利“超連續(xù)光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器”中所述，將放大的脈沖激光通過(guò)一段石英光子晶體光纖產(chǎn)生2-3 μ m的超連續(xù)譜，再將此2-3 μ m的超連續(xù)譜耦合進(jìn)一段硫系玻璃光纖中，得到2-5 μ m的超連續(xù)譜激光輸出，其中涉及的石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖均是單模無(wú)源光纖，纖芯小，不利于高平均功率中紅外超連續(xù)譜的產(chǎn)生，同時(shí)轉(zhuǎn)換效率比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的不足之處，提供一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法，用以解決現(xiàn)有中紅外超連續(xù)譜光纖激光器輸出功率低及轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高功率、高轉(zhuǎn)換效率的中紅外超連續(xù)譜光源的輸出。本發(fā)明提供的在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法，具體包括以下步驟:第一步，構(gòu)建中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng).中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)由脈沖種子光源，種子放大器，超連續(xù)譜放大器組成。超連續(xù)譜放大器由泵浦光源，合束器，增益光纖組成。脈沖種子光源通過(guò)光纖與種子放大器相連，種子放大器輸出端通過(guò)光纖與合束器的信號(hào)臂相連，泵浦光源通過(guò)光纖與合束器的泵浦臂相連，合束器的輸出尾纖與增益光纖采用機(jī)械對(duì)接或者熔接的方式連接。脈沖種子光源輸出光脈寬為Ps量級(jí)或ns量級(jí)，脈沖種子光源輸出光的中心波長(zhǎng)在增益光纖的增益范圍內(nèi)即可，功率小于lOOmW。種子放大器由一級(jí)或者多級(jí)放大結(jié)構(gòu)組成，種子放大器的輸出功率上百mW。超連續(xù)譜放大器的增益光纖為雙包層光纖，其光纖基底包括:氟化物光纖、硫化物光纖、碲化物光纖；增益光纖的摻雜離子可從以下6種中任選一種:鉺、鐿、鉺鐿共摻、銩、欽、銩欽共摻；增益光纖的長(zhǎng)度根據(jù)其吸收系數(shù)的大小決定，其吸收系數(shù)X (dB/m)與長(zhǎng)度L (m)的關(guān)系滿足:x*L 20dB。泵浦光源3的輸出光中心波長(zhǎng)根據(jù)增益光纖中摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)以及脈沖種子光源的輸出中心波長(zhǎng)來(lái)確定，功率為W量級(jí)。合束器的信號(hào)光輸入臂中心波長(zhǎng)與脈沖種子光源的中心波長(zhǎng)相等，泵浦光輸入臂與泵浦光源中心波長(zhǎng)相等。第二步，用種子放大器對(duì)脈沖種子光源的輸出光(稱為種子光)進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生功率為幾百mW的信號(hào)激光，此信號(hào)激光可以是僅對(duì)種子光的功率放大得到的激光，也可以是對(duì)種子光的功率、光譜范圍同時(shí)放大得到的激光；第三步，種子放大器輸出的信號(hào)激光與泵浦光源的輸出激光通過(guò)合束器合束之后同時(shí)入射到增益光纖中，得到中紅外超連續(xù)譜光源輸出。采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果:1.由于本發(fā)明產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的非線性光纖是超連續(xù)譜放大器中的增益光纖，此光纖為大芯徑雙包層光纖，相對(duì)以前方案(如背景技術(shù)中的單模光子晶體光纖、單模硫系玻璃光纖)中的光纖芯徑可以成倍增加，大大突破了以前方案中芯徑對(duì)超連續(xù)譜輸出功率的限制。2.由于本發(fā)明是從超連續(xù)譜放大器中直接輸出中紅外超連續(xù)譜，因此半導(dǎo)體泵浦光到超連續(xù)譜的光光轉(zhuǎn)換效率得到了大幅提升。綜上，采用此發(fā)明比“激光器泵浦高非線性光纖(包括光子晶體光纖)”方案更適合產(chǎn)生高平均功率中紅外超連續(xù)譜光源。


圖1為本發(fā)明在放大器中產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明第一步構(gòu)建的中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明在放大器中產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法流程示意圖；本發(fā)明包括以下步驟:步驟SI，構(gòu)建如圖2所示的中紅外超連續(xù)譜光源產(chǎn)生系統(tǒng)；步驟S2，用種子放大器2對(duì)脈沖種子光源I的輸出光(稱為種子光)進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生功率為幾百mW的信號(hào)激光；步驟S3，將種子放大器2輸出的信號(hào)激光與泵浦光源3的輸出激光通過(guò)合束器4合束之后同時(shí)入射到增益光纖5中，得到中紅外超連續(xù)譜光源輸出。圖2為本發(fā)明第一步構(gòu)建的中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。這種在放大器中產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的激光器由脈沖種子光源1，種子放大器2，超連續(xù)譜放大器6 (由泵浦光源3，合束器4，增益光纖5組成)組成。脈沖種子光源I通過(guò)光纖與種子放大器2相連，種子放大器2輸出端通過(guò)光纖與合束器4的信號(hào)臂相連，泵浦光源3通過(guò)光纖與合束器4的泵浦臂相連，合束器4輸出尾纖與增益光纖5采用機(jī)械對(duì)接或者熔接的方式連接。國(guó)防科大搭建的中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)中，采用的增益光纖5為雙包層的摻銩氟化物光纖，由此脈沖種子光源I輸出中心波長(zhǎng)為2μπι (此波長(zhǎng)處于增益光纖5的增益范圍內(nèi))，脈沖種子光源I輸出光的脈寬2ns,輸出功率IOmW ;種子放大器2由一級(jí)放大結(jié)構(gòu)組成，其輸出的信號(hào)光功率為150mW ;根據(jù)摻錢氟化物光纖中錢的能級(jí)結(jié)構(gòu)和脈沖種子光源I輸出光的中心波長(zhǎng)(2 μ m)確定泵浦光源3的中心波長(zhǎng)為793nm,泵浦光源3的輸出最大功率為30W。合束器4與種子放大器2連接的輸入臂(信號(hào)臂)中心波長(zhǎng)為2 μ m,與泵浦光源3連接的輸入臂(泵浦臂)中心波長(zhǎng)為1550nm ;增益光纖5在793nm處的吸收系數(shù)為1.5dB/m,由此選擇光纖長(zhǎng)度為14m。本實(shí)施例中，從種子放大器2輸出了 2-3 μ m超連續(xù)譜，將此超連續(xù)譜與泵浦光源3的輸出光通過(guò)合束器4合束之后耦合進(jìn)增益光纖5中，得到2-5 μ m中紅外超連續(xù)譜光源輸出。以上對(duì)本發(fā)明所提供的在增益光纖中產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜光源的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步，構(gòu)建中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng).中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)由脈沖種子光源(1)，種子放大器(2)，超連續(xù)譜放大器(6 )組成；超連續(xù)譜放大器(6 )由泵浦光源(3 )，合束器(4)，增益光纖(5)組成；脈沖種子光源(I)通過(guò)光纖與種子放大器(2)相連，種子放大器(2)輸出端通過(guò)光纖與合束器(4)的信號(hào)臂相連，泵浦光源(3)通過(guò)光纖與合束器(4)的泵浦臂相連，合束器(4)的輸出尾纖與增益光纖(5)采用機(jī)械對(duì)接或者熔接的方式連接；脈沖種子光源(I)輸出光脈寬為ps量級(jí)或ns量級(jí)，脈沖種子光源(I)輸出光的中心波長(zhǎng)在增益光纖(5)的增益范圍內(nèi)，功率小于IOOmW ;種子放大器(2)由一級(jí)或者多級(jí)放大結(jié)構(gòu)組成,種子放大器(2)的輸出功率上百mW ;超連續(xù)譜放大器(6)的增益光纖(5)為雙包層光纖，其光纖基底包括:氟化物光纖、硫化物光纖、碲化物光纖；增益光纖(5)的摻雜離子是以下6種中任意一種:鉺、鐿、鉺鐿共摻、錢、欽、錢欽共摻；泵浦光源(3)的輸出光中心波長(zhǎng)根據(jù)增益光纖(5)中摻雜離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)以及脈沖種子光源(I)的輸出中心波長(zhǎng)來(lái)確定，功率為W量級(jí)；合束器(4)的信號(hào)光輸入臂中心波長(zhǎng)與脈沖種子光源(I)的中心波長(zhǎng)相等，泵浦光輸入臂與泵浦光源(3)中心波長(zhǎng)相等； 第二步，用種子放大器(2)對(duì)脈沖種子光源(I)的輸出光即種子光進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生信號(hào)激光； 第三步，種子放大器(2)輸出的信號(hào)激光與泵浦光源(3)的輸出激光通過(guò)合束器(4)合束之后同時(shí)入射到增益光纖(5 )中，得到中紅外超連續(xù)譜光源輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法，其特征在于增益光纖(5)的長(zhǎng)度根據(jù)其吸收系數(shù)的大小決定，其吸收系數(shù)X與長(zhǎng)度L的關(guān)系滿足:x*L ^ 20dB。
3.如權(quán)利要求1所述的一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法，其特征在于所述種子放大器(2)對(duì)種子光進(jìn)行功率放大得到的信號(hào)激光是僅對(duì)種子光的功率放大得到的激光或?qū)ΨN子光的功 率、光譜范圍同時(shí)放大得到的激光，該信號(hào)激光功率為幾百mW。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在放大器中直接產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜的方法，目的是解決現(xiàn)有中紅外超連續(xù)譜光纖激光器輸出功率低及轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。技術(shù)方案是先構(gòu)建由脈沖種子光源，種子放大器，超連續(xù)譜放大器組成的中紅外超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，超連續(xù)譜放大器由泵浦光源，合束器，增益光纖組成。用種子放大器對(duì)脈沖種子光源的輸出光即種子光進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生信號(hào)激光；信號(hào)激光與泵浦光源的輸出激光通過(guò)合束器合束之后同時(shí)入射到增益光纖中，得到中紅外超連續(xù)譜光源輸出。采用本發(fā)明突破了芯徑對(duì)超連續(xù)譜輸出功率的限制，半導(dǎo)體泵浦光到超連續(xù)譜的光光轉(zhuǎn)換效率得到了大幅提升，實(shí)現(xiàn)了高功率、高轉(zhuǎn)換效率的中紅外超連續(xù)譜光源的輸出。
文檔編號(hào)G02F1/39GK103151687SQ20131007457
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月10日
發(fā)明者侯靜, 張斌, 李熒, 楊未強(qiáng), 殷科, 姜宗福 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)