全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器，屬于激光技術(shù)與非線性光學(xué)領(lǐng)域。具體包括依次連接的泵浦源，光纖放大器和拉錐石英光子晶體光纖，其中，所述泵浦源為全光纖結(jié)構(gòu)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模激光器，光纖放大器為單模光纖放大器和雙包層光纖放大器，同時(shí)利用光纖拉絲塔或光纖拉錐機(jī)對(duì)石英光子晶體光纖作拉錐處理，增強(qiáng)超連續(xù)譜中藍(lán)光和紫外光成分。本發(fā)明產(chǎn)生的超連續(xù)具有光譜成分中藍(lán)光和紫外光成分高、光譜平坦度好、光譜帶寬廣，耦合效率高和轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)。
【專利說明】全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)、非線性光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]高峰值功率的光脈沖在高非線性光纖中傳播時(shí)，其時(shí)域和頻域的演化不僅受到光纖色散特性的影響，還受到光纖非線性效應(yīng)的影響，例如，自發(fā)相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)、受激拉曼散射(SRS)、受激布里淵散射(SBS)和四波混頻(FWM)等非線性效應(yīng)，所有這些色散和非線性過程共同導(dǎo)致光譜帶寬展開數(shù)百甚至數(shù)千納米，這種現(xiàn)象稱為超連續(xù)光譜的產(chǎn)生。
[0003]超連續(xù)譜光源由于其帶寬廣、穩(wěn)定性好、重復(fù)頻率由泵浦光源決定這些特點(diǎn)，使其在光學(xué)相干成像、頻率測(cè)度、光學(xué)儀器測(cè)試、光纖陀螺、超短脈沖產(chǎn)生以及材料光譜學(xué)、環(huán)境測(cè)量、光纖傳感、光計(jì)量學(xué)、激光光譜學(xué)、生物醫(yī)學(xué)及光學(xué)采樣等很多領(lǐng)域擁有重要的應(yīng)用價(jià)值。其中，藍(lán)光和紫外光超連續(xù)激光更是在激光顯示、生物光譜成像、光電對(duì)抗等領(lǐng)域有著難以估量的價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器，其產(chǎn)生的超連續(xù)具有光譜成分中藍(lán)光和紫外光成分高，光譜平坦度好，光譜帶寬廣，耦合效率高和轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明米取的技術(shù)方案為一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器，該激光器包括由光纖連接的泵浦源(I)、光纖放大器(2)、拉錐石英光子晶體光纖⑶。
[0006]所述泵浦源(I)為全光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖激光器，泵浦源
(I)包括單模半導(dǎo)體激光器a(4)、光纖波分復(fù)用器a(5)、單包層摻稀土光纖a(6)、延遲纖
[7]、光纖濾波器(8)、偏振控制器a(9)、偏振相關(guān)隔離器(10)、偏振控制器b (11)、光纖I禹合器(12)、光纖隔離器a (13);所述單模半導(dǎo)體激光器a (4)的尾纖與光纖波分復(fù)用器a (5)的第一輸入端連接；光纖波分復(fù)用器a(5)的輸出端與單包層摻稀土光纖a(6)連接,單包層摻稀土光纖a (6)的另一端與延遲纖(7)連接；延遲纖(7)的另一端與光纖濾波器(8)的輸入端連接，光纖濾波器(8)的輸出端與偏振控制器a(9)連接；偏振控制器a(9)的另一端與偏振相關(guān)隔離器(10)的輸入端連接，偏振相關(guān)隔離器(10)的輸出端與偏振控制器b(ll)連接，偏振控制器b (11)的另一端與光纖I禹合器(12)的輸入端連接,光纖I禹合器(12)的第一輸出端與光纖波分復(fù)用器a(5)的第二輸入端連接，構(gòu)成環(huán)形激光腔結(jié)構(gòu)。所述光纖耦合器
(12)的第二輸出端與光纖隔離器a (13)的輸入端相連,光纖隔離器a (13)的輸出端為信號(hào)激光輸出口。單模半導(dǎo)體激光器a (4)輸出的泵浦光通過光纖波分復(fù)用器a (5)耦合進(jìn)激光腔，泵浦單包層摻稀土光纖a(6)得到信號(hào)光，兩個(gè)偏振控制器a(9)偏振控制器b(ll)和偏振相關(guān)隔離器(10)組成了非線性偏振旋轉(zhuǎn)的鎖模元件可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模，延遲纖(7)起到增加腔長(zhǎng)降低重頻的作用，這樣，泵浦源(I)得到的信號(hào)光具有低重頻、窄脈寬、啁啾含量大的特性，經(jīng)光纖放大器放大后可以得到高峰值功率的激光輸出。
[0007]所述光纖放大器(2)包括依次設(shè)置的第一級(jí)單模光纖放大器、第二級(jí)雙包層光纖放大器和第三級(jí)雙包層光纖放大器；所述第一級(jí)單模光纖放大器包括單模半導(dǎo)體激光器b (14)、光纖波分復(fù)用器b (15)、單包層摻稀土光纖(16)、光纖隔離器b(17);其中，單模半導(dǎo)體激光器b (14)的輸出端與光纖波分復(fù)用器b (15)的第一輸入端連接,光纖隔離器a (13)輸出的信號(hào)激光與光纖波分復(fù)用器b (15)的第二輸入端相連,光纖波分復(fù)用器b (15)的輸出端與單包層摻稀土光纖b (16)連接,單包層摻稀土光纖b (16)的另一端與光纖隔離器b(17)的輸入端連接。
[0008]所述第二級(jí)雙包層光纖放大器包括多模半導(dǎo)體激光器a(18)、光纖合束器a(19)、雙包層摻稀土光纖b (20)、光纖隔離器c (21);其中，多模半導(dǎo)體激光器a (18)的輸出端與光纖合束器a(19)的泵浦輸入端連接,第一級(jí)單模光纖放大器的光纖隔離器b (17)的激光輸出端與光纖合束器a(19)的信號(hào)輸入端連接,光纖合束器a(19)的輸出端與雙包層摻稀土光纖a(20)連接，雙包層摻稀土光纖a(20)的另一端與光纖隔離器c (21)的輸入端連接。
[0009]所述第三級(jí)雙包層光纖放大器包括多模半導(dǎo)體激光器b (22)、光纖合束器b (23)、雙包層摻稀土光纖b (24)、光纖隔離器d (25);其特征在于多模半導(dǎo)體激光器b (22)的輸出端與光纖合束器b (23)的泵浦輸入端連接，第二級(jí)雙包層光纖放大器的光纖隔離器c (21)的激光輸出端與光纖合束器b (23)的信號(hào)輸入端連接,光纖合束器b (23)的輸出端與雙包層摻稀土光纖b (24)連接,雙包層摻稀土光纖b (24)的另一端與光纖隔離器d (25)的輸入端連接。
[0010]所述拉錐石英光子晶體光纖(3)使用光纖拉絲塔對(duì)石英光子晶體光纖直接拉錐或使用光纖拉錐機(jī)采用空氣孔膨脹后拉錐技術(shù)對(duì)石英光子晶體光纖拉錐。
[0011]光纖放大器(2)的工作過程如下，種子光經(jīng)過光纖隔離器a(13)后，在由光纖波分復(fù)用器b (15)耦合的單模半導(dǎo)體激光器b (14)泵浦下，經(jīng)過第一級(jí)單模光纖放大器后，經(jīng)光纖隔離器b(17)輸出，得到的種子光被放大；第一級(jí)放大后的激光進(jìn)入第二級(jí)雙包層光纖放大器，在經(jīng)過光纖合束器a(19)耦合的多模半導(dǎo)體激光器a(18)泵浦下，經(jīng)光纖隔離器c(21)輸出，激光被進(jìn)一步放大；最后，第二級(jí)放大后的激光進(jìn)入第三級(jí)雙包層光纖放大器，在經(jīng)過光纖合束器b (23)耦合的多模半導(dǎo)體激光器b (22)泵浦下，經(jīng)光纖隔離器d (25)輸出，激光的功率被更進(jìn)一步放大。
[0012]對(duì)光纖隔離器d(25)的尾纖進(jìn)行拉錐處理減小其模場(chǎng)直徑，對(duì)石英光子晶體光纖通過選擇性空氣孔塌縮技術(shù)處理增大其模場(chǎng)直徑，這樣使光纖隔離器d(25)尾纖的模場(chǎng)盡可能與石英光子晶體光纖模場(chǎng)達(dá)到匹配。
[0013]對(duì)石英光子晶體光纖的中部通過使用光纖拉絲塔直接拉錐處理，或使用光纖拉錐機(jī)采用空氣孔膨脹后拉錐技術(shù)拉錐處理，得到纖芯直徑為約2?3μπι，孔孔間距(Λ)為
1.5?3.5 μ m,填充率(d/Λ)為0.5?0.95,零色散波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)移動(dòng)的拉錐石英光子晶體光纖⑶。
[0014]光纖放大器(2)輸出的激光經(jīng)過上述拉錐石英光子晶體光纖(3)后產(chǎn)生的超連續(xù)譜，實(shí)現(xiàn)了光譜成分中的藍(lán)光和紫外光成分增強(qiáng)的效果。[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:泵浦源采用了長(zhǎng)腔非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖激光器，其產(chǎn)生信號(hào)光的重復(fù)頻率可以通過延遲纖的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)，且脈沖寬度為皮秒量級(jí)，經(jīng)過單模光纖放大器和兩級(jí)雙包層光纖放大器后，可以得到峰值功率較高的激光輸出，將其輸入到拉錐石英光子晶體光纖中，易于產(chǎn)生藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)的超連續(xù)譜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1 一泵浦源，2—光纖放大器，3—拉錐石英光子晶體光纖，4一單模半導(dǎo)體激光器a, 5—光纖波分復(fù)用器a, 6—單包層摻稀土光纖a, 7—延遲纖,8—光纖濾波器,9一偏振控制器a，10—偏振相關(guān)隔離器，11 一偏振控制器b，12—光纖耦合器，13—光纖隔離器a，14一單模半導(dǎo)體激光器b, 15一光纖波分復(fù)用器b, 16一單包層摻稀土光纖b, 17一光纖隔離器b, 18一多模半導(dǎo)體激光器a, 19一光纖合束器a, 20一雙包層摻稀土光纖a, 21一光纖隔離器c, 22一多模半導(dǎo)體激光器b, 23一光纖合束器b, 24一雙包層摻稀土光纖b, 25一光纖隔離器d。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器，包括依次連接的泵浦源(I)、光纖放大器(2)及拉錐石英光子晶體光纖(3)。其中，泵浦源(I)為全光纖結(jié)構(gòu)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖激光器；該泵浦源采用環(huán)形腔結(jié)構(gòu)，包括由單模光纖連接的單模半導(dǎo)體激光器a(4)、光纖波分復(fù)用器a(5)、單包層摻稀土增益光纖a(6)、延遲纖(7)、光纖濾波器(8)、偏振控制器a (9)、偏振相關(guān)隔離器(10)、偏振控制器b(ll)和光纖耦合器(12)。本實(shí)例中的延遲纖(7)為長(zhǎng)度IOOOm的SMF-28光纖。工作時(shí)，通過扳動(dòng)偏振控制器(PC) (9) (11)實(shí)現(xiàn)單縱模鎖定，得到的種子光的重復(fù)頻率為200kHz，脈沖寬度約為250ps，輸出平均功率約為200 μ W。
[0020]光纖放大器共有三級(jí)，包括依次連接的第一級(jí)單模光纖放大器、第二級(jí)雙包層光纖放大器和第三級(jí)雙包層光纖放大器。其中，第一級(jí)單模光纖放大器采用的摻稀土光纖b (16)為單包層6/125 μ m的摻鐿光纖，在975nm處的吸收為250dB/m ;第二級(jí)雙包層光纖放大器米用的雙包層摻稀土光纖a (20)為雙包層7/128 μ m摻鐿光纖,在975nm處的吸收為5.4dB/m ;第三級(jí)雙包層光纖放大器采用的雙包層摻稀土光纖b (24)為雙包層10/128 μ m摻鐿光纖，在975nm處的吸收為6.8dB/m。
[0021]光纖放大器工作過程為:種子光經(jīng)過光纖隔離器a(13)后，在由光纖波分復(fù)用器b(15)耦合的600mW/976nm單模半導(dǎo)體激光器b(14)泵浦下，經(jīng)過第一級(jí)單模光纖放大器后，經(jīng)光纖隔離器b (17)輸出種子光被放大至約20mW ;第一級(jí)放大后的激光進(jìn)入第二級(jí)雙包層光纖放大器，在經(jīng)過光纖合束器a(19)耦合的10W/975nm的多模半導(dǎo)體激光器a(18)泵浦下，經(jīng)光纖隔離器c (21)輸出，激光被進(jìn)一步放大至IW ;最后，第二級(jí)放大后的激光進(jìn)入第三級(jí)雙包層光纖放大器，在經(jīng)過光纖合束器b (23)耦合的2個(gè)25W/975nm的多模半導(dǎo)體激光器b (22)泵浦下，經(jīng)光纖隔離器d (25)輸出，激光的功率被放大至20W。
[0022]對(duì)光纖隔離器d(25)的尾纖進(jìn)行拉錐處理減小其模場(chǎng)直徑，對(duì)石英光子晶體光纖通過選擇性空氣孔塌縮技術(shù)處理增大其模場(chǎng)直徑，這樣使光纖隔離器d(25)尾纖的模場(chǎng)盡可能與石英光子晶體光纖模場(chǎng)達(dá)到匹配，熔接損耗應(yīng)小于0.8dB。對(duì)石英光子晶體光纖的中部通過使用光纖拉絲塔直接拉錐處理，或使用光纖拉錐機(jī)采用空氣孔膨脹后拉錐技術(shù)拉錐處理，得到纖芯直徑為約2?3μπι，孔孔間距(Λ)為1.5?3.5 μ m，填充率(d/Λ)為
0.5?0.95,零色散波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)移動(dòng)的拉錐石英光子晶體光纖(3)。光纖放大器(2)輸出的激光經(jīng)過上述拉錐光子晶體光纖(3)后產(chǎn)生的超連續(xù)譜激光功率可以達(dá)到13W，輸出光譜帶寬約為370?2400nm，并且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生的超連續(xù)譜中的藍(lán)光和紫外光成分增強(qiáng)的效果O
【權(quán)利要求】
1.一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器，其特征在于:該激光器包括由光纖連接的泵浦源(1)、光纖放大器(2)、拉錐石英光子晶體光纖(3)； 所述泵浦源(1)為全光纖環(huán)形腔結(jié)構(gòu)的非線性偏振旋轉(zhuǎn)鎖模光纖激光器，泵浦源(1)包括單模半導(dǎo)體激光器a (4)、光纖波分復(fù)用器a (5)、單包層摻稀土光纖a (6)、延遲纖(7)、光纖濾波器(8)、偏振控制器a(9)、偏振相關(guān)隔離器(10)、偏振控制器b (11)、光纖I禹合器(12)、光纖隔離器a (13);所述單模半導(dǎo)體激光器a (4)的尾纖與光纖波分復(fù)用器a (5)的第一輸入端連接；光纖波分復(fù)用器a(5)的輸出端與單包層摻稀土光纖a(6)連接,單包層摻稀土光纖a(6)的另一端與延遲纖(7)連接；延遲纖(7)的另一端與光纖濾波器(8)的輸入端連接，光纖濾波器(8)的輸出端與偏振控制器a(9)連接；偏振控制器a(9)的另一端與偏振相關(guān)隔離器(10)的輸入端連接，偏振相關(guān)隔離器(10)的輸出端與偏振控制器b(ll)連接，偏振控制器b (11)的另一端與光纖I禹合器(12)的輸入端連接,光纖I禹合器(12)的第一輸出端與光纖波分復(fù)用器a (5)的第二輸入端連接，構(gòu)成環(huán)形激光腔結(jié)構(gòu)；所述光纖耦合器(12)的第二輸出端與光纖隔離器a (13)的輸入端相連,光纖隔離器a (13)的輸出端為信號(hào)激光輸出口 ；單模半導(dǎo)體激光器a(4)輸出的泵浦光通過光纖波分復(fù)用器a(5)耦合進(jìn)激光腔，泵浦單包層摻稀土光纖a (6)得到信號(hào)光，兩個(gè)偏振控制器a (9)偏振控制器b(ll)和偏振相關(guān)隔離器(10)組成了非線性偏振旋轉(zhuǎn)的鎖模元件可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)鎖模，延遲纖(7)起到增加腔長(zhǎng)降低重頻的作用，這樣，泵浦源(1)得到的信號(hào)光具有低重頻、窄脈寬、啁啾含量大的特性，經(jīng)光纖放大器放大后可以得到高峰值功率的激光輸出； 所述光纖放大器(2)包括依次設(shè)置的第一級(jí)單模光纖放大器、第二級(jí)雙包層光纖放大器和第三級(jí)雙包層光纖放大器；所述第一級(jí)單模光纖放大器包括單模半導(dǎo)體激光器b (14)、光纖波分復(fù)用器b (15)、單包層摻稀土光纖(16)、光纖隔離器b(17);其中，單模半導(dǎo)體激光器b (14)的輸出端與光纖波分復(fù)用器b (15)的第一輸入端連接,光纖隔離器a (13)輸出的信號(hào)激光與光纖波分復(fù)用器b (15)的第二輸入端相連,光纖波分復(fù)用器b (15)的輸出端與單包層摻稀土光纖b (16)連接,單包層摻稀土光纖b (16)的另一端與光纖隔離器b(17)的輸入端連接； 所述第二級(jí)雙包層光纖放大器包括多模半導(dǎo)體激光器a (18)、光纖合束器a (19)、雙包層摻稀土光纖b (20)、光纖隔離器c (21);其中，多模半導(dǎo)體激光器a (18)的輸出端與光纖合束器a(19)的泵浦輸入端連接,第一級(jí)單模光纖放大器的光纖隔離器b (17)的激光輸出端與光纖合束器a (19)的信號(hào)輸入端連接,光纖合束器a (19)的輸出端與雙包層摻稀土光纖a (20)連接，雙包層摻稀土光纖a (20)的另一端與光纖隔離器c (21)的輸入端連接； 所述第三級(jí)雙包層光纖放大器包括多模半導(dǎo)體激光器b (22)、光纖合束器b (23)、雙包層摻稀土光纖b (24)、光纖隔離器d (25);其特征在于多模半導(dǎo)體激光器b (22)的輸出端與光纖合束器b (23)的泵浦輸入端連接，第二級(jí)雙包層光纖放大器的光纖隔離器c (21)的激光輸出端與光纖合束器b (23)的信號(hào)輸入端連接,光纖合束器b (23)的輸出端與雙包層摻稀土光纖b(24)連接，雙包層摻稀土光纖b (24)的另一端與光纖隔離器d(25)的輸入端連接； 所述拉錐石英光子晶體光纖(3)使用光纖拉絲塔對(duì)石英光子晶體光纖直接拉錐或使用光纖拉錐機(jī)采用空氣孔膨脹后拉錐技術(shù)對(duì)石英光子晶體光纖拉錐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖結(jié)構(gòu)的藍(lán)光和紫外光增強(qiáng)超連續(xù)譜激光器，其特征在于:光纖放大器(2)的工作過程如下，種子光經(jīng)過光纖隔離器a(13)后，在由光纖波分復(fù)用器b (15)耦合的單模半導(dǎo)體激光器b (14)泵浦下，經(jīng)過第一級(jí)單模光纖放大器后，經(jīng)光纖隔離器b(17)輸出，得到的種子光被放大；第一級(jí)放大后的激光進(jìn)入第二級(jí)雙包層光纖放大器，在經(jīng)過光纖合束器a(19)耦合的多模半導(dǎo)體激光器a(18)泵浦下，經(jīng)光纖隔離器c(21)輸出，激光被進(jìn)一步放大；最后，第二級(jí)放大后的激光進(jìn)入第三級(jí)雙包層光纖放大器，在經(jīng)過光纖合束器b (23)耦合的多模半導(dǎo)體激光器b (22)泵浦下，經(jīng)光纖隔離器d (25)輸出，激光的功率被更進(jìn)一步放大； 對(duì)光纖隔離器d(25)的尾纖進(jìn)行拉錐處理減小其模場(chǎng)直徑，對(duì)石英光子晶體光纖通過選擇性空氣孔塌縮技術(shù)處理增大其模場(chǎng)直徑，這樣使光纖隔離器d (25)尾纖的模場(chǎng)盡可能與石英光子晶體光纖模場(chǎng)達(dá)到匹配； 對(duì)石英光子晶體光纖的中部通過使用光纖拉絲塔直接拉錐處理，或使用光纖拉錐機(jī)采用空氣孔膨脹后拉錐技術(shù)拉錐處理，得到纖芯直徑為約2~3μπι，孔孔間距(Λ)為1.5~.3.5 μ m,填充率(d/Λ)為0.5~0.95,零色散波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)移動(dòng)的拉錐石英光子晶體光纖(3)； 光纖放大器(2)輸出的激光經(jīng)過上述拉錐石英光子晶體光纖(3)后產(chǎn)生的超連續(xù)譜，實(shí)現(xiàn)了光譜成分中的 藍(lán)光和紫外光成分增強(qiáng)的效果。
【文檔編號(hào)】H01S3/23GK104009377SQ201410201451
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】王璞, 高壽飛, 孫若愚, 李輝輝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)