使用一可調(diào)諧飛秒振蕩器的可調(diào)節(jié)中紅外超連續(xù)譜發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種超連續(xù)譜系統(tǒng)，包括：一光纖激光器(110)，其配置為輸出具有中心波長的脈沖；一第一非線性波導(dǎo)(120)，其配置為偏移來自所述光纖激光器的脈沖的波長；一至少一級的第一光纖放大器(130)，其配置為放大來自所述第一非線性波導(dǎo)的輸出；和一第二非線性波導(dǎo)(140)，其配置為光譜展寬來自所述第一光纖放大器的輸出。
【專利說明】使用一可調(diào)諧飛秒振蕩器的可調(diào)節(jié)中紅外超連續(xù)譜發(fā)生器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年I月7號提交的申請?zhí)枮?1/924,629的美國臨時專利申請的權(quán)益，其內(nèi)容通過引用合并至本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及超連續(xù)譜系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及使用一可調(diào)諧飛秒振蕩器的中紅外超連續(xù)譜發(fā)生器和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]中紅外(MIR)范圍內(nèi)(2um到1um)的寬頻光源被應(yīng)用于例如遙感、紅外計數(shù)器計量、醫(yī)療診斷和光譜學(xué)應(yīng)用。雖然非相干寬頻MIR源已經(jīng)可被應(yīng)用多年并且被應(yīng)用于光譜學(xué)，但這些源具有受限的功率譜密度和差的光束質(zhì)量。相干寬頻光源基于非線性光譜展寬，廣為人知的比如超連續(xù)譜源，在光譜的可視以及近紅外(NIR)范圍內(nèi)被研究。近來，發(fā)展MIR范圍內(nèi)的此超連續(xù)譜源引起了大家的興趣。這種超連續(xù)譜源應(yīng)該具有高功率密度，高光束質(zhì)量和低噪聲(高相干性)以便于提供超過現(xiàn)有非相干MIR源的顯著優(yōu)勢。
[0005]MIR范圍內(nèi)的超連續(xù)譜源已經(jīng)被實現(xiàn)并且在現(xiàn)有的出版物中被報道。這種系統(tǒng)主要能被放置在兩種常規(guī)類別中，與某類栗浦源有關(guān)系，該類栗浦源使用了:(a)使用納秒或皮秒脈沖激光器作為栗浦源的系統(tǒng)，和(b)使用飛秒脈沖激光器作為栗浦源的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)被普遍理解為歸屬于如下類別(a)受低的連射(shot-to-shot)相干性影響。這樣的相干性的缺乏在所產(chǎn)生的光譜的噪聲特性中尤為明顯，從而導(dǎo)致了連射中的光譜的和時間的波動。雖然這些低相干性的系統(tǒng)作為強力的具有高光束質(zhì)量的寬譜光源時是有利的，但由于相干性問題，這些系統(tǒng)在光譜學(xué)的應(yīng)用被很大地限制了。這些系統(tǒng)歸屬于如下類別(b)通過仔細調(diào)節(jié)飛秒栗浦脈沖的性能同時使用非線性介質(zhì)以展寬所述光譜，系統(tǒng)能被設(shè)計為具有高相干性。有關(guān)該類別的栗浦源，在先前的技術(shù)中有若干激光系統(tǒng)已使用。具有極為接近超連續(xù)譜產(chǎn)生的波長范圍或在超連續(xù)譜產(chǎn)生的波長范圍之內(nèi)的栗浦波長是滿足需要的。兩種類型的飛秒源已經(jīng)被使用作為MIR超連續(xù)譜的產(chǎn)生方法，其包括基于銩或鈥摻雜光纖的鎖模光纖激光器，和光參量振蕩器。所述光纖激光器在中心波長接近2000nm和可能超出3500nm的波長范圍內(nèi)提供高能量的飛秒脈沖。所述光纖激光器在先前的技術(shù)中用于這種應(yīng)用時具有固定的波長。此外，用于這些光纖激光器的鎖模機構(gòu)仍然在研究和發(fā)展中，且商業(yè)上可用設(shè)備的數(shù)量是有限的。所述光參量振蕩器(OPO)提供具有可調(diào)諧中心波長的飛秒脈沖。然而，這些OPO是占據(jù)著很大空間的昂貴系統(tǒng)。此外，當(dāng)與光纖基源比較時，從OPO獲得的可用平均功率是有限的。
[0006]因此，用以產(chǎn)生飛秒脈沖的低成本和小巧的系統(tǒng)是一種需求，所述飛秒脈沖用于中紅外超連續(xù)譜的產(chǎn)生。此外，用于調(diào)節(jié)比如波長、峰值功率、能量和偏振的脈沖參數(shù)的方法是必需的，以優(yōu)化所述超連續(xù)譜的光譜亮度、頻寬、光譜平坦度、和相干性。
[0007]—個具體的光譜應(yīng)用會使用所述寬頻源，所述寬頻源結(jié)合著傅里葉變換光譜儀和樣本處理單元。在MIR范圍內(nèi)的傅里葉變換光譜儀已經(jīng)在近期得到發(fā)展和商業(yè)化。通過發(fā)展低噪聲MIR寬頻源，能夠提供用于MIR的完整光譜系統(tǒng)，所述光譜系統(tǒng)相比于已存在光譜系統(tǒng)將提供明顯優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實施例提供一種飛秒光纖激光器以及可調(diào)諧波長偏移方法，所述飛秒光纖激光器處于1550nm附近的電信頻帶處，所述可調(diào)諧波長偏移方法將脈沖波長轉(zhuǎn)換至銩或鈥摻雜光纖的放大頻帶(大約2000nm)。該方法提供了兩個優(yōu)點:(a)近年來，1550nm處的飛秒激光器已經(jīng)發(fā)展成為可靠且穩(wěn)定的系統(tǒng)，并且商業(yè)上可從幾家公司購得，以及(b)所述系統(tǒng)中波長偏移量是可調(diào)諧的，以提供調(diào)節(jié)和優(yōu)化輸出超連續(xù)譜的能力。通過使用ISOOnm至2100nm波長范圍內(nèi)的光纖放大器，能夠按比例放大輸出平均功率。
[0009]本發(fā)明的一個實施例提供了一超連續(xù)譜系統(tǒng)，包括:一光纖激光器，其配置為輸出具有中心波長的脈沖;第一非線性波導(dǎo)，其配置為偏移來自光纖激光器的脈沖波長;至少一級的第一光纖放大器，其配置為放大所述第一非線性波導(dǎo)的輸出；和第二非線性波導(dǎo)，其配置為光譜展寬第一光纖放大器的輸出。
[0010]本發(fā)明的另一實施例提供了用于操作超連續(xù)譜系統(tǒng)的方法，所述超連續(xù)譜系統(tǒng)包括:一光纖激光器，其配置為輸出有中心波長的脈沖;一第一非線性波導(dǎo)，其配置為偏移所述光纖激光器發(fā)出脈沖的波長;具有至少一級的一光纖放大器，其配置為放大第一非線性波導(dǎo)的輸出；和一第二非線性波導(dǎo)，其配置為光譜展寬來自第一光纖放大器的輸出，所述方法包括:從第一光纖放大器的輸出或者第二非線性波導(dǎo)的輸出接受反饋;和調(diào)節(jié)進入第二非線性波導(dǎo)的脈沖的峰值功率、能量、波長或偏振。
【附圖說明】
[0011]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0012]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0013]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0014]圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0015]圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0016]圖6為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖；
[0018]圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的超連續(xù)譜系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0019]結(jié)合附圖了解根據(jù)本發(fā)明原理的示例性實施例說明，所述說明將看作整個書面說明的一部分。這里所公開的發(fā)明實施例的說明中，對方向或取向的任何指定僅為了說明的方便，不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相關(guān)詞語，例如“下部“，“上部”，“水平的”，“垂直的，，，“上方”，“下方”，“向上”，“向下”，“頂部”和“底部”以及它們的派生詞，(例如，“水平地”，“向下地”，“向上地”，等等)，這些詞語應(yīng)被解釋對取向的指定，所述取向如討論中的附圖所接著說明或所示。除非有明確的指明，否則這些相關(guān)詞語只是為了描述的方便，不需要設(shè)備在特定的取向下構(gòu)建或操作。除非另有明確的描述，否則像“附加的”，“粘著的”，“連接的”，“耦合的”，“互聯(lián)的”以及類似的詞語，指的是一種關(guān)系，其中，一些結(jié)構(gòu)直接地或間接通過中間結(jié)構(gòu)以及可動的或者固定的附件或者關(guān)系固定或附加到另外的結(jié)構(gòu)上。另外，通過引用具體實施例描述本發(fā)明的特點和有益效果。因此，應(yīng)清楚地認為，本發(fā)明不限制于所述具體實施例，所述具體實施例描述了一些可能的非限制的特征組合，所述特征組合可能單獨或者在其他特征組合中存在;本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求限定。
[0020]所述公開內(nèi)容描述了目前所預(yù)期的實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式或方式。所述描述并非為了限制，而是提供本發(fā)明的一個例子，提出所述例子僅僅為了參照附圖實現(xiàn)說明的目的，從而告知本領(lǐng)域普通技術(shù)人員本發(fā)明的優(yōu)點和結(jié)構(gòu)。在附圖的不同視圖中，相同的附圖標記表示相同或相似的部分。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的一實施例為包括四個關(guān)鍵組件的系統(tǒng)。第一個組件為鎖模光纖激光器(MLFL) (110)，其支持短于Ips的變換極限脈沖寬度以及1500nm和1650nm之間的中心波長。所述MLFL(IlO)是基于摻雜光纖構(gòu)造為增益介質(zhì)和鎖模機構(gòu)。來自所述光纖激光器的輸出耦合進非線性波導(dǎo)1(120)，該非線性波導(dǎo)通過已知的拉曼孤子自頻移的過程將它的波長移位到長于1700nm短于2800nm的波長范圍內(nèi)。在一個實施例中，非線性波導(dǎo)1(120)在輸入脈沖波長有一反常色散和大于1W—1Iaif1的一非線性系數(shù)。第三級，光纖放大器1(130)，其為工作在1700nm和2800nm波長范圍之間的光纖放大器，例如，基于銩和/或鈥摻雜光纖的一放大器系統(tǒng)。在一些實施例中，光纖放大器1(130)是雙級或多級放大器。在一些實施例中，除了放大它們的能量外，光纖放大器1(130)增加額外的光譜帶寬和/或壓縮脈沖，其通過比如自相位調(diào)制的非線性過程增加額外的光譜帶寬。所述放大器輸出耦合到非線性波導(dǎo)2(140)，該非線性波導(dǎo)是從一在中紅外范圍內(nèi)透明的材料制成的。所述波導(dǎo)被設(shè)計為通過非線性過程光譜展寬輸入脈沖，該非線性過程例如但不限制于自相位調(diào)制、調(diào)制不穩(wěn)定性和拉曼散射。有利的是，如果所述非線性波導(dǎo)2(140)有一近零色散點，其接近于離開光纖放大器1(130)的脈沖的中心波長，且然后微調(diào)所述源至色散波長。如果所述非線性波導(dǎo)2在光纖放大器1(130)發(fā)出的脈沖的中心波長處有反常色散，則是更有利的。
[0022]在本發(fā)明的另一些實施例，一個或多個以下部件能被加到所述系統(tǒng)以提高其性能，如圖2所示。
[0023]光纖放大器2(260): —光纖放大器能被包括于所述MLFL(210)和非線性波導(dǎo)I(220)之間，所述放大器在1500m到1650nm波長范圍內(nèi)有一增益，例如，一鉺摻雜光纖放大器。所述光纖放大器有三個功能。第一，它將一低功率MLFL的功率提升到拉曼自頻移過程的所需水平。第二，它光譜展寬且壓縮來自所述鎖模振蕩器的脈沖，其提高了所述頻移過程的效率，使得所述頻移脈沖的脈沖能量提高或者脈沖寬度減小。第三，通過調(diào)節(jié)放大增益，它提供了用于調(diào)節(jié)波長偏移量的機構(gòu)。所述波長調(diào)節(jié)用于所述輸出的超連譜續(xù)參數(shù)的優(yōu)化，包括它的光譜亮度、帶寬、光譜平坦度、和相干性。
[0024]偏振控制器I(250):這個裝置是一手動或自動的偏振控制器，其插入在所述MLFL(210)和非線性波導(dǎo)1(220)之間。所述偏振控制器被用作為通過自頻移過程控制波長偏移量的第二調(diào)節(jié)機構(gòu)。為了額外的穩(wěn)定性，一自動化控制器可用于動態(tài)調(diào)節(jié)波長到光譜中的所需點。
[0025]值得注意的是，在一個實施例中，偏振控制器1(250)能直接置于鎖模光纖激光器(210)后或者在光纖放大器2(260)和非線性波導(dǎo)1(220)之間。
[0026]在一些實施例中，使用偏振保持光纖(polarizat1n maintaining fiber)來構(gòu)造MLFL(210)以及光纖放大器2(260)。在這些情形中，僅通過使用光纖放大器2(260)的增益來調(diào)節(jié)波長偏移。
[0027]色散元件1(270):為了在進入光纖放大器1(230)的脈沖上產(chǎn)生所需量的啁啾，該組件包括在非線性波導(dǎo)1(220)之后。所述組件包括一色散裝置，包括但不限制于光波導(dǎo)、啁啾布拉格光柵、棱鏡對、以及衍射光柵對。在一些實施例中，所述色散值被設(shè)計為，通過該色散和放大器的非線性之間的相互作用，將光纖放大器1(230)的輸出脈沖壓縮至最短持續(xù)時間。在其他實施例中，色散元件I被設(shè)計為增加所述脈沖持續(xù)時間以減少所述放大器中的非線性效應(yīng)。在這些情形中，使用所述色散元件2(見下文)壓縮所述脈沖。所述色散值是通過監(jiān)聽輸出超連續(xù)譜帶寬、光譜平坦度、和相干性來選定的，目的是優(yōu)化參數(shù)。
[0028]在一些實施例中，在非線性波導(dǎo)I后或者在光纖放大器I的多級內(nèi)增加一波長選擇元件，對于為光纖放大器調(diào)節(jié)所述輸出光譜是有利的。
[0029]偏振控制器2(290):該組件調(diào)節(jié)脈沖在進入光纖放大器I之前的偏振態(tài)。通過控制這個偏振態(tài)，能調(diào)節(jié)光纖放大器中的有效非線性，其用于優(yōu)化光纖放大器I中的非線性脈沖壓縮.
[0030]值得注意的是，在一個實施例中，偏振控制器2(290)能直接置于非線性波導(dǎo)I(220)之后或者在色散元件I (270)和光纖放大器I (230)之間。
[0031 ] 在一些實施例中，使用偏振保持光纖(polarizat1n maintaining fibers)構(gòu)造光纖放大器1(230)。在這些情形中，使用光纖放大器1(230)的增益來調(diào)節(jié)光纖放大器I中的非線性。
[0032]色散元件2(280):這個組件包括在非線性波導(dǎo)2(240)之前，作為用于對在進入所述非線性波導(dǎo)的脈沖上的啁啾量進行調(diào)節(jié)的裝置。所述組件包括一色散元件，包括但不限于光波導(dǎo)、啁啾布拉格光柵、棱鏡對、以及衍射光柵對。所述色散值是通過監(jiān)聽下列參數(shù)中的一個或者多個來選定的:輸出超連續(xù)光譜亮度、帶寬、光譜平坦度，和相干性，目的是優(yōu)化所述參數(shù)。
[0033]在另一實施例，另一偏振控制器能在光纖放大器I和非線性波導(dǎo)2之間使用。進入非線性波導(dǎo)2中的光的偏振將被調(diào)節(jié)以優(yōu)化如下參數(shù)的一個或者多個:輸出超連續(xù)譜光譜亮度、帶寬、光譜平坦度，和相干性。
[0034]本發(fā)明的一實施例提供了一系統(tǒng)和一方法用于穩(wěn)定和調(diào)諧栗浦波長和脈沖波形，且因此通過調(diào)節(jié)光纖放大器I或2(330或360)的增益或偏振控制器I或2(350或390)，來優(yōu)化所述超連續(xù)譜的參數(shù)，如圖3所示。如上所述，除了所述MLFL(310)、非線性波導(dǎo)1(320)、光纖放大器1(330)和非線性波導(dǎo)2(340)，所述組件的一個或多個:偏振控制器1(350)、光纖放大器2 (360)、色散元件I (370)、偏振控制器2(390)和色散元件2 (380)是可選擇包括在內(nèi)的。通過從所述輸出超連續(xù)譜光譜、從非線性波導(dǎo)1(320)的輸出、或者從光纖放大器1(320)的輸出，借助反饋回路濾波器(395)接收反饋，所述變量(增益或偏振)動態(tài)調(diào)節(jié)以穩(wěn)定系統(tǒng)到期望的狀態(tài)。調(diào)節(jié)參數(shù)以優(yōu)化輸出光譜平坦度、帶寬和相干性。
[0035]第二拉曼自頻移
[0036]在一個實施例中，一第二拉曼自頻移過程被添加到包含一MLFL(410)、一非線性波導(dǎo)I(420)、一光纖放大器I(430)和一非線性波導(dǎo)2(440)的系統(tǒng)中，以進一步推進栗浦脈沖波長使其更靠近MIR范圍，如圖4所示。這個拉曼自頻移過程在光纖放大器I (430)內(nèi)發(fā)生或在一中間部分如非線性波導(dǎo)3(450)內(nèi)發(fā)生，所述非線性波導(dǎo)3(450)置于光纖放大器1(430)和非線性波導(dǎo)2(440)之間。在這個配置中，所述脈沖在進入非線性波導(dǎo)2(440)之前其波長被偏移到長于2100nm但短于3000nm。所述系統(tǒng)的這個改變提供了兩個優(yōu)勢:
[0037](a)所述輸出光譜能被擴展到更遠至進入MIR范圍。很好理解的是，通過偏移所述栗浦脈沖波長到更長的波長能把所述產(chǎn)生的超連續(xù)譜偏移到更長的波長。
[0038](b) —些用于MIR應(yīng)用的非線性材料，具有長于2100nm的零色散波長。在波長長于2100nm范圍抽運超連續(xù)譜源的能力，允許使用了這些非線性波導(dǎo)的連續(xù)體的有效產(chǎn)生。
[0039]非線性波導(dǎo)3(450)有反常色散且是使用在波長范圍從2100nm到3000nm傳輸光的一材料制成的。
[0040]值得注意的是，在一些實施例中，光纖放大器1(430)還起非線性波導(dǎo)的作用，其產(chǎn)生拉曼偏移光，在這些情形中，非線性波導(dǎo)3(450)能從系統(tǒng)去除。
[0041]本發(fā)明的另一實施例是包含4個關(guān)鍵組件的系統(tǒng)，如圖1所示。第一個組件是一鎖模光纖激光器(11^0(110)，其支持短于1?8的有限變換脈沖寬度以及190011111和210011111之間的中心波長。將MLFL(IlO)基于摻雜的光纖構(gòu)造為增益介質(zhì)以及鎖模機構(gòu)。來自光纖激光器的輸出被耦合到非線性波導(dǎo)1(120)中，所述非線波導(dǎo)1(120)通過稱為拉曼孤子自頻移的過程偏移其波長到長于2100nm且短于3500nm的波長。在一個實施例中，非線性波導(dǎo)1(120)在所述輸入脈沖波長處有一反常色散和大于1W—11if1的非線性系數(shù)。第三級，光纖放大器I(130)，是運作在波長范圍2100nm和3500nm之間的一放大器，例如，基于銩(Thulium)和/或鈥(Holmium)摻雜光纖的放大器系統(tǒng)。在一些實施例中，光纖放大器1(130)是一雙級或多級放大器。在一些實施例中，除了放大它們的能量外，光纖放大器1(130)增加額外的光譜帶寬和/或壓縮脈沖，其是通過比如自相位調(diào)制的非線性過程增加額外的光譜帶寬。所述放大器輸出耦合進非線性波導(dǎo)2(140)內(nèi)，該非線性波導(dǎo)是由一在中紅外范圍內(nèi)透明的材料制成的。所述波導(dǎo)設(shè)計為，通過比如但不限制于自相位調(diào)制、調(diào)制不穩(wěn)定性和拉曼散射的非線性過程光譜展寬所述輸入脈沖。如果所述非線性波導(dǎo)2(140)有一近零色散點，其接近光纖放大器1(130)發(fā)出的脈沖的中心波長，且然后微調(diào)所述源至零色散波長，則是有利的，。如果所述非線性波導(dǎo)2在光纖放大器1(130)發(fā)出的脈沖的中心波長有反常色散，則是進一步有利的。
[0042]在本發(fā)明的另一實施例，一個或多個以下部件能被加到所述系統(tǒng)以提高其性能，如圖2所示。
[0043]光纖放大器2(260):—光纖放大器能包括于所述MLFL(210)和非線性波導(dǎo)I (220)之間，所述放大器在波長范圍從1900m到2100nm內(nèi)有一增益，例如，一TM或ΤΜ/Η0摻雜光纖放大器。所述放大器有三個功能，第一，它將低功率MLFL的功率提升到用于拉曼自頻移過程所需的功率水平，第二，它壓縮來自所述鎖模振蕩器的脈沖，其提高了頻移過程的效率，導(dǎo)致用于頻移的脈沖的脈沖能量增大或脈沖寬度減小。第三，通過調(diào)節(jié)放大器增益，提供了用于調(diào)節(jié)波長偏移量的機構(gòu)。所述波長調(diào)節(jié)用于輸出的超連續(xù)譜參數(shù)的優(yōu)化，包括該連續(xù)譜的光譜亮度、帶寬、光譜平坦度、和相干性。
[0044]偏振控制器I(250):這個裝置是一手動或自動的偏振控制器，其插入在所述MLFL(210)和非線性波導(dǎo)1(220)之間。通過自頻移過程，所述偏振控制器被用作為控制波長漂移量的第二調(diào)節(jié)機構(gòu)。為了額外的穩(wěn)定性，一自動化控制器可被用于動態(tài)調(diào)節(jié)波長至光譜中的期望點。
[0045]值得注意的，是一個實施例中，偏振控制器1(250)能直接置于鎖模光纖激光器(210)后或者在光纖放大器2(260)和非線性波導(dǎo)1(220)之間。
[0046]在一些實施例中，使用偏振保持光纖(polarizat1n maintaining fiber)構(gòu)造所述MLFL(210)和光纖放大器2(260)。在這些情形中，僅使用光纖放大器2(260)的增益來調(diào)節(jié)波長偏移。
[0047]色散元件1(270):這個元件被包含于非線性波導(dǎo)1(220)之后，以在進入光纖放大器2(260)的脈沖上產(chǎn)生期望的啁啾量。所述組件包括一色散裝置，包括但不限于光波導(dǎo)、啁啾布拉格光柵、棱鏡對、衍射光柵對。在一些實施例中，所述色散值被設(shè)計為，通過該色散和放大器的非線性之間的相互作用，將光纖放大器1(230)的輸出脈沖壓縮至最短持續(xù)時間。在另一些實施例中，色散元件I被設(shè)計為增加脈沖持續(xù)時間以降低所述放大器中的非線性效應(yīng)，在這些情形中，使用色散元件2(見下文)將所述脈沖重新壓縮。所述色散值是通過監(jiān)聽輸出超連續(xù)譜帶寬、光譜平坦度、和相干性來選定的，目的是優(yōu)化參數(shù)。
[0048]偏振控制器2(290):這個組件調(diào)節(jié)在進入光纖放大器I前的脈沖的偏振態(tài)。通過控制這個偏振態(tài)，能調(diào)節(jié)光纖放大器中的有效非線性，其用于優(yōu)化光纖放大器I中的非線性脈沖壓縮.
[0049]在一些實施例中，使用偏振保持光纖(polarizat1n maintaining fiber)構(gòu)造光纖放大器1(230).在這些情形中，使用光纖放大器1(230)的增益來調(diào)節(jié)光纖放大器I中的非線性。
[0050]值得注意的是，在一個實施例中，偏振控制器2(290)能直接置于鎖模光纖激光器(220)后或者在色散元件1(270)和光纖放大器I (230)之間。
[0051]色散元件2(280):這個組件包括在非線性波導(dǎo)2(240)之前，作為用于對在進入所述非線性波導(dǎo)的脈沖上的啁啾量進行調(diào)節(jié)的機構(gòu)。所述組件包括一色散裝置，包括但不限于光波導(dǎo)、啁啾布拉格光柵、棱鏡對、以及衍射光柵對。所述色散值是通過監(jiān)聽如下參數(shù)的一個或多個來選定的:輸出超連續(xù)譜光譜亮度、帶寬、光譜平坦度，和相干性，目的是優(yōu)化參數(shù)。
[0052]本發(fā)明的一實施例提供了一系統(tǒng)和一方法，用于穩(wěn)定和調(diào)諧所述栗浦波長和脈沖形狀，且因此通過調(diào)節(jié)光纖放大器I或2(330或360)的增益或所述偏振控制器I或2(350或390)，來優(yōu)化所述超連續(xù)譜的所述參數(shù)，如圖3所示。如上所述，除了所述MLFL(310)、非線性波導(dǎo)1(320)、光纖放大器1(330)和非線性波導(dǎo)2(340)，所述組件的一個或多個:偏振控制器I (350)、光纖放大器2(360)、色散元件I (370)、偏振控制器2(390)和色散元件2(380)是可選擇包括在內(nèi)的。通過借助反饋回路濾波器(395)從輸出超連續(xù)譜光譜、從非線性波導(dǎo)1(320)的輸出、或者從光纖放大器1(330)的輸出接收反饋，所述變量(增益或偏振)是動態(tài)調(diào)節(jié)的，以穩(wěn)定系統(tǒng)使其達到期望狀態(tài)。調(diào)節(jié)參數(shù)以優(yōu)化輸出光譜平坦度、帶寬和相干性。
[0053]具有兩個種子(seed)波長的超連續(xù)譜(SC)生成技術(shù)
[0054]在一些情形中，有利的是，延伸或平滑所述超連續(xù)譜，來將通過一分束器(520)的兩種不同的波長植入(seed)上文所述的非線性波導(dǎo)2(560)，如圖5所示。一個波長能通過MLFL(510)直接產(chǎn)生，而所述第二種子波長將通過非線性波導(dǎo)1(530)產(chǎn)生，并由光纖放大器1(540)放大。
[0055]在一些實施例中，光纖放大器3(580)用于提高從所述MLFL分離的功率。
[0056]在一些實施例中，一合波器(590)用于結(jié)合進入非線性波導(dǎo)2前的所述兩路徑中的光。
[0057]在一些實施例中，變量延遲元件(550)調(diào)節(jié)所述第一路徑中的脈沖的延遲或者變量延遲元件(570)調(diào)節(jié)所述第二路徑中的脈沖的延遲。
[0058]值得注意的是，在一個實施例中，這個方法能與在第二拉曼自頻移部分的上述實施例結(jié)合。在這個情形中，通過所述MLFL產(chǎn)生一個波長，而通過非線性波導(dǎo)3產(chǎn)生所述第二種子波長。
[0059]利用波混頻的飛秒MIR脈沖生成技術(shù)
[0060]在一個實施例中，如圖6所示，來自所述MLFL(610)的光功率的一部分通過位于所述非線性波導(dǎo)1(630)之前的分束器(620)分離，并且該光功率的一部分在一波長轉(zhuǎn)換裝置(660)中與來自光纖放大器I (640)的輸出混合。一可調(diào)延遲線(650)置于與時域內(nèi)的脈沖對齊的光束路徑上。在一些實施例中，一光纖放大器3(680)用于提高從所述鎖模光纖激光器(610)輸出分離的功率。在這種情形中，一額外的可調(diào)延遲線(670)可能置于所述光纖放大器3(680)之前。一些實施例中，一合波器(690)用于結(jié)合進入所述波長轉(zhuǎn)換裝置前的來自所述兩路徑的光。
[0061]有兩個類別的裝置用于波長轉(zhuǎn)換。
[0062](a)差頻產(chǎn)生裝置
[0063]所述波長轉(zhuǎn)換裝置是由一具有第二階光學(xué)非線性的材料制成的。在這個情形中，輸出脈沖有一中心頻率，這是來自所述MLFL和光纖放大器I的輸出的中心頻率之間的區(qū)別。所述生成脈沖有在3500nm和I 100nm之間的一中心頻率。
[0064](b)四波混頻裝置
[0065]所述波長轉(zhuǎn)換裝置是基于非線性波導(dǎo)的，該非線性波導(dǎo)具有一零色散點，其接近于離開光纖放大器的脈沖的波長。在這種情形中，輸出脈沖有一中心頻率，其通過從光纖放大器I的輸出脈沖中心頻率的兩倍減去鎖模激光器輸出脈沖的中心頻率計算出。所述生成脈沖具有在230011111和1100011111之間的中心波長。
[0066]值得注意的是，在此說明的所述混頻概念能與在第二拉曼自頻移部分的上述實施例結(jié)合。所述混頻能發(fā)生在非線性波導(dǎo)3和光纖放大器I的輸出之間，或者發(fā)生在非線性波導(dǎo)3和光纖放大器3的輸出之間。
[0067]—實施例涉及到在第二拉曼自頻移部分中描述的配置，如圖7所示。如上文所述，來自MLFL (710)的輸出被耦合到非線性波導(dǎo)I (720),并且被光纖放大器I (730)放大。通過從非線性波導(dǎo)3(740)發(fā)送所述脈沖進入一帶通濾波器(750)，僅選擇所述拉曼偏移組件，該組件在中心波長長于2100nm處包含一飛秒脈沖序列。所述系統(tǒng)產(chǎn)生2100nm和3000nm之間的脈沖。
[0068]值得注意的是，如在第二拉曼自頻移部分所描述的，在一些實施例中，光纖放大器I還起一非線性波導(dǎo)的作用，其產(chǎn)生拉曼偏移光。在這些情形中，非線性波導(dǎo)3能從系統(tǒng)去除。
[0069]Mid-1R光譜系統(tǒng)
[0070]在一個實施例中，一完整的光譜系統(tǒng)能用上文描述的超連續(xù)譜源制造，如圖8所示，所述系統(tǒng)包含三個主要的子系統(tǒng):所述超連續(xù)譜源(810)、一樣本處理單元(820)、和一光譜儀或干涉儀(830)，用于分析來自樣本的光的發(fā)送、反射或散射。在一些實施例中，所述光譜儀是一傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)。所述樣本處理單元(820)是任意安裝件或附件(mount or enclosure)，將允許來自超連續(xù)譜源(810)的光通過、反射或散射離開樣品。所述樣品可以是液體、氣體或固體形式的任何材料。所述用于調(diào)諧超連續(xù)譜光譜性能的方法，通過在調(diào)諧超連續(xù)譜輸出光譜期間執(zhí)行多光譜掃描，能用于最大化所述系統(tǒng)的光譜范圍。
[0071]雖然本發(fā)明相當(dāng)詳細地敘述了具有某些特殊性的幾個實施例，但不意味著本發(fā)明限定于任何此類實施例或任何特定的實施例中，但本發(fā)明將根據(jù)附加的權(quán)利要求進行解釋，以從現(xiàn)有技術(shù)的角度提供這類權(quán)利要求的最廣泛的可能解釋，因而能有效地涵蓋本發(fā)明的預(yù)期范圍。進一步地，以上描述了根據(jù)發(fā)明人所預(yù)知實施例的本發(fā)明，所述實施例中已有一個可用的使能描述，雖然本發(fā)明做了輕微的修改，并且目前不能預(yù)知，但是仍然可以代表其等同物。
【主權(quán)項】
1.一種超連續(xù)譜系統(tǒng)，包括: 一光纖激光器(110)，其配置為輸出具有中心波長的脈沖； 一第一非線性波導(dǎo)(120 )，其配置為偏移來自所述光纖激光器的脈沖的波長； 一至少一級的第一光纖放大器(130)，其配置為放大來自所述第一非線性波導(dǎo)的輸出；和 一第二非線性波導(dǎo)(140)，其配置為光譜展寬來自所述第一光纖放大器的輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光纖激光器(110)輸出一脈沖，其支持短于Ips的有限變換脈沖寬度以及具有1500nm和1650nm之間的中心波長。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一非線性波導(dǎo)(120)偏移來自所述光纖激光器(110)的輸出波長，使其長于1700nm并短于2800nmo4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述光纖放大器(130)在波長范圍1700nm和1800nm之間運行。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二非線性波導(dǎo)(140)是由在中紅外范圍有一些透明度的材料制成的。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二非線性波導(dǎo)(140)有一近零散射點，其接近于離開所述光纖放大器的脈沖的中心波長。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二非線性波導(dǎo)(140)在離開所述光纖放大器的脈沖的中心波長處有反常散射。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第二光纖放大器(260)，其配置為提升來自鎖模光纖激光器的功率和控制波長偏移量。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第一偏振控制器(250)，其通過一拉曼孤子自頻移過程控制波長偏移量。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第一色散元件(270)，其配置為在進入所述第二光纖放大器的脈沖上產(chǎn)生一期望值的啁啾量。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第二偏振控制器(290)，其配置為調(diào)節(jié)進入所述第一光纖放大器的脈沖的偏振態(tài)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第二色散元件(280)，其配置為調(diào)節(jié)進入所述第二非線性波導(dǎo)的脈沖上的啁啾量。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第三偏振控制器(290)，其配置為調(diào)節(jié)進入所述第二非線性波導(dǎo)的脈沖的偏振態(tài)。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一第三非線性波導(dǎo)(450)，其置于所述第一光纖放大器和所述第二非線性波導(dǎo)之間，以偏移來自所述第一光纖放大器的輸出的波長。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一分束器，其位于所述第二光纖放大器之后，用于將所述光纖激光器的輸出分為第一路徑和第二路徑，第一路徑上的輸出耦合到所述第一非線性波導(dǎo)，且來自所述第一光纖放大器的光與所述第二路徑的輸出結(jié)合，并耦合到所述第二非線性波導(dǎo)，目的是將兩種不同的波長植入第二非線性波導(dǎo)。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一分束器(520)，其位于所述光纖激光器之后，用于將所述光纖激光器的輸出分為第一路徑和第二路徑，第一路徑上的輸出耦合到所述第一非線性波導(dǎo)，且來自所述第一光纖放大器的光與所述第二路徑的輸出結(jié)合，并耦合到所述第二非線性波導(dǎo)，目的是將兩種不同的波長植入第二非線性波導(dǎo)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，進一步包括一可變延遲線(550，570)，其位于第一路徑上或位于第二路徑上。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，進一步包括一第三光纖放大器(580)，其位于第二路徑上。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括一帶通濾波器(750)，其配置為在輸出脈沖里選擇一光譜帶。20.用于操作超連續(xù)譜系統(tǒng)的一方法，該系統(tǒng)包括:一光纖激光器(110)，其配置為輸出具有一中心波長的脈沖;一第一非線性波導(dǎo)(120)，其配置為偏移來自所述光纖激光器的脈沖的波長;一具有至少一級的光纖放大器(130)，其配置為放大來自所述第一非線性波導(dǎo)的輸出；和一第二非線性波導(dǎo)(140)，其配置為光譜展寬來自所述第一光纖放大器的輸出，所述方法包括: 從所述第一光纖放大器的輸出或者所述第二非線性波導(dǎo)的輸出接收反饋;和 調(diào)節(jié)進入所述第二非線性波導(dǎo)的脈沖的峰值功率、能量、波長或者偏振。21.—光譜系統(tǒng)，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超連續(xù)譜系統(tǒng)； 一樣本處理單元，其配置為引導(dǎo)來自超連續(xù)譜系統(tǒng)輸出的光穿過或反射離開一樣本；和 一光譜儀或干涉儀，其配置為分析穿過樣本、反射離開樣本或者被樣本散射的光。22.用于提高光譜系統(tǒng)的光譜范圍的一方法，該光譜系統(tǒng)包括:一光纖激光器，其配置為輸出具有一中心波長的脈沖;一第一非線性波導(dǎo)，其配置為偏移來自所述光纖激光器的脈沖的波長;至少一級的一第一光纖性放大器，其配置為放大來自所述第一非線性波導(dǎo)的輸出；一第二非線性波導(dǎo)，其配置為光譜展寬來自所述第一光纖放大器的輸出；一樣本處理單元，其配置為引導(dǎo)來自所述超連續(xù)譜系統(tǒng)的光輸出，使其通過或者反射離開一樣本;和一光譜儀或干涉儀，其配置為分析通過樣本、反射離開樣本或被樣本散射的光，所述方法包括:當(dāng)調(diào)節(jié)所述超連續(xù)譜的一個或多個參量時執(zhí)行多光譜測量。
【文檔編號】H01S3/067GK106030934SQ201580009941
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年1月5日
【發(fā)明人】R·薩利姆, P·芬德爾, A·凱布爾
【申請人】統(tǒng)雷有限公司