專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超連續(xù)譜光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖激光器，具體地指一種由基于主振蕩功率放大(MOPA)結(jié)構(gòu)的皮秒脈沖激光器泵浦產(chǎn)生超連續(xù)譜的光纖激光器。
背景技術(shù)：
超連續(xù)譜是指強(qiáng)短脈沖通過(guò)非線(xiàn)性介質(zhì)時(shí)，由于一系列非線(xiàn)性效應(yīng)與光纖的群速度色散的共同作用而使脈沖頻譜展寬的一種現(xiàn)象。超連續(xù)譜光源由于其帶寬大、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，前景十分看好。目前，光纖激光器的迅速發(fā)展為超連續(xù)譜的產(chǎn)生提供了更多選擇，例如公開(kāi)號(hào)為 CN 102244355A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《脈寬可調(diào)的增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源》提及了基于 MOPA結(jié)構(gòu)的光纖激光器，它通過(guò)放大高質(zhì)量的種子光來(lái)得到相同模式的高功率激光，轉(zhuǎn)化效率高，輸出的激光質(zhì)量好、穩(wěn)定度高。采用該泵浦源產(chǎn)生單模、單偏振態(tài)的皮秒脈沖激光， 具有重復(fù)頻率可調(diào)、高精度、高功率、低熱損傷率等性能。采用此種泵浦源產(chǎn)生的超連續(xù)譜將同樣具有重復(fù)頻率可調(diào)、聞功率、單1旲、單偏振態(tài)等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種超連續(xù)譜光纖激光器，其輸出具有光譜寬、功率高、單模、重復(fù)頻率可調(diào)的特點(diǎn)，且為全光纖系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種超連續(xù)譜光纖激光器，包括依次連接的泵浦源、光纖放大器及光子晶體光纖(PCF)，所述泵浦源為增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源；所述增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源包括由保偏光纖連接的增益開(kāi)關(guān)激光器、光纖耦合器、單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊，增益開(kāi)關(guān)激光器的輸出端通過(guò)光纖耦合器分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊連接。上述技術(shù)方案中，所述單縱模鎖定裝置為DFB半導(dǎo)體激光器或者可調(diào)光柵。上述技術(shù)方案中，所述啁啾補(bǔ)償模塊為啁啾光柵或者啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖。上述技術(shù)方案中，所述增益開(kāi)關(guān)激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器、信號(hào)放大器、 直流偏置電流源和F-P半導(dǎo)體激光器構(gòu)成。上述技術(shù)方案中，所述光纖放大器包括依次設(shè)置的一級(jí)單模泵浦放大器、二級(jí)多模泵浦放大器和三級(jí)多模泵浦放大器。進(jìn)一步地，所述一級(jí)單模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第一保偏型摻稀土光纖；所述二級(jí)多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第二保偏型摻稀土光纖；所述三級(jí)多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第三保偏型摻稀土光纖。更進(jìn)一步地，所述二級(jí)多模泵浦放大器和/或三級(jí)多模泵浦放大器為側(cè)向泵浦光纖結(jié)構(gòu)的光纖。上述技術(shù)方案中，所述光子晶體光纖的直徑為12(Γ 30 μ m,光子晶體光纖的纖芯直徑為4 5 μ m，光子晶體光纖的零色散點(diǎn)為102(Γ 050μπι、填充率為O. 2 O. 8。進(jìn)一步地，所述光子晶體光纖的直徑為125 μ m，光子晶體光纖的纖芯直徑為 4. 5 μ m，光子晶體光纖的零色散點(diǎn)為1040 μ m、填充率為O. 4。進(jìn)一步地，所述光子晶體光纖為保偏光纖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于采用了增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源， 其產(chǎn)生的種子光重復(fù)頻率可調(diào)，且為皮秒量級(jí)，并且是單模、單偏振光，經(jīng)三級(jí)放大后功率能夠達(dá)到100w，再通過(guò)光子晶體光纖后，得到的超連續(xù)譜激光特性與種子光一致，譜寬為 400ηπΓ2. 2μ m，且功率最高可達(dá)到40W，光-光轉(zhuǎn)化效率可達(dá)70% ;整個(gè)設(shè)備為全光纖結(jié)構(gòu)， 沒(méi)有復(fù)雜的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)器件，無(wú)需水冷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，適宜工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I激光器輸出的光譜圖。圖中1 一增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源，2—電脈沖發(fā)生器，3—信號(hào)放大器，4一直流偏置，5—直流電源，6 — F-P半導(dǎo)體激光器，7 — DFB半導(dǎo)體激光器，8—光纖耦合器，9一啁啾光柵，10—光纖放大器，11—保偏隔離器，12—前向波分復(fù)用器(WDM)，13—前向單模泵浦激光器，14一第一保偏型摻稀土光纖，15一后向波分復(fù)用器(WDM), 16一后向單模泵浦激光器，17—保偏隔離器，18—前向多模泵浦耦合器，19一前向多模泵浦激光器，20—第二保偏型摻稀土光纖，21—后向多模泵浦耦合器，22—后向多模泵浦激光器，23—保偏隔離器， 24—前向多模泵浦I禹合器,25一前向多模泵浦激光器,26一第三保偏型摻稀土光纖,27一后向多模泵浦耦合器，28—后向多模泵浦激光器，29—保偏隔離器，30—光子晶體光纖。
具體實(shí)施例方式以下結(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
如圖I所示，本發(fā)明的一種超連續(xù)譜的光纖激光器，包括依次連接的泵浦源、光纖放大器10及光子晶體光纖30。其中
泵浦源為為重復(fù)頻率可調(diào)、脈寬可調(diào)的增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源I。該增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源I包括由保偏光纖連接的增益開(kāi)關(guān)激光器、光纖耦合器8、單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊，增益開(kāi)關(guān)激光器的輸出端通過(guò)光纖耦合器8分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊連接。本實(shí)施例的增益開(kāi)關(guān)激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器2、信號(hào)放大器3、 直流偏置電流源和1060nm的F-P半導(dǎo)體激光器6構(gòu)成。本實(shí)施例中的單縱模鎖定裝置為 1060nm的DFB半導(dǎo)體激光器7，啁啾補(bǔ)償模塊為啁啾光柵9。工作時(shí)，電脈沖發(fā)生器2產(chǎn)生重復(fù)頻率可調(diào)的射頻信號(hào)，重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍在 IOf IOOMHz，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電源5改變直流偏置4，使F-P半導(dǎo)體激光器6在閾值以下，則射頻信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器3放大后加載在F-P半導(dǎo)體激光器6上會(huì)產(chǎn)生增益。F-P半導(dǎo)體激光器6產(chǎn)生振蕩,在第二個(gè)振蕩峰出現(xiàn)之前，電脈沖增益消失，此時(shí)F-P半導(dǎo)體激光器6輸出皮秒級(jí)短脈沖。使用1060nm的DFB半導(dǎo)體激光器7使得F-P半導(dǎo)體激光器6產(chǎn)生的縱模始終處于鎖定狀態(tài)，可以任意調(diào)節(jié)電脈沖發(fā)生器2的重復(fù)頻率，以調(diào)整輸出光脈沖的重復(fù)頻率。啁啾光柵9針對(duì)輸出脈沖的啁啾分布用來(lái)壓縮或展寬脈沖寬度，以實(shí)現(xiàn)脈寬可調(diào)， 脈寬調(diào)節(jié)范圍在5(T500ps。增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源I產(chǎn)生的種子光光功率一般在Imw 以?xún)?nèi)。光纖放大器10共有三級(jí)，包括依次設(shè)置的一級(jí)單模泵浦放大器、二級(jí)多模泵浦放大器和三級(jí)多模泵浦放大器。泵浦源與光纖放大器10之間、光纖放大器10的三級(jí)之間分別由保偏隔離器11、17、23分隔。一級(jí)單模泵浦放大器為5/130 μ m的第一保偏型摻稀土光纖14，采用雙向泵浦方式，其前向單模泵浦激光器13和后向單模泵浦激光器16均為 200mw/976nm規(guī)格；二級(jí)多模泵浦放大器為5/130 μ m的第二保偏型摻稀土光纖20，且為側(cè)向泵浦光纖結(jié)構(gòu)，采用雙向泵浦方式，其前向多模泵浦激光器19和后向多模泵浦激光器22 均為7w/915nm規(guī)格；三級(jí)多模泵浦放大器為25/340 μ m的第三保偏型摻稀土光纖26，采用雙向泵浦方式，其前向多模泵浦激光器25和后向多模泵浦激光器28均為150mw/975nm規(guī)格。光纖放大器10的工作過(guò)程為上述增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源I產(chǎn)生的1060nm 的種子光經(jīng)過(guò)保偏隔離器11，使其只有一個(gè)偏振態(tài)的激光進(jìn)入光纖放大器10，保證激光的單偏振性。一級(jí)單模放大器的200mw/976nm前向單模泵浦激光器13產(chǎn)生的功率為200mw、波長(zhǎng)為976nm的泵浦光和1060nm的種子光通過(guò)前向波分復(fù)用器(WDM) 12耦合進(jìn)入第一保偏型摻稀土光纖14,在其纖芯處實(shí)現(xiàn)放大，同時(shí)功率為200mw、波長(zhǎng)為976nm的后向單模泵浦激光器16通過(guò)后向波分復(fù)用器15耦合進(jìn)入第一保偏型摻稀土光纖14，使種子光得到放大。 通過(guò)前后雙向泵浦，種子光的功率可以放大到50mw。一級(jí)放大也可只采用前向放大或后向放大的單向泵浦方式；一級(jí)放大后的激光再通過(guò)保偏隔離器17進(jìn)入二級(jí)多模泵浦放大器， 二級(jí)多模泵浦放大器的7w/915nm的前向多模泵浦激光器19發(fā)出的泵浦光通過(guò)前向多模泵浦耦合器18進(jìn)入第二保偏型摻稀土光纖20的包層中使種子光得到放大，同時(shí)7w/915nm的后向多模泵浦激光器22發(fā)出的泵浦光通過(guò)后向多模泵浦耦合器21進(jìn)入第二保偏型摻稀土光纖20的包層中使種子光得到放大。二級(jí)放大將激光繼續(xù)放大至lw。同樣的，二級(jí)放大也可只采用前向放大或后向放大的單向泵浦方式；最后，二級(jí)放大的激光再通過(guò)保偏隔離器 23進(jìn)入三級(jí)多模放大器，除其采用25/340 μ m的第三保偏型摻稀土光纖26和150mw/975nm 的前向多模泵浦激光器25、后向多模泵浦激光器28外，工作原理與二級(jí)放大相同。當(dāng)然，三級(jí)放大也可只采用前向放大或后向放大的單向泵浦方式。經(jīng)過(guò)三級(jí)多模放大器后，激光的功率可以放大至100w。高功率的保偏隔離器29與上述第三保偏型摻稀土光纖26進(jìn)行熔接，以保證激光的單偏振性并與前一級(jí)進(jìn)行隔離，該保偏隔離器29的輸出端光纖為10/125 μ m,能夠起到模場(chǎng)適配功能。保偏隔離器29的輸出端由保偏焊接機(jī)與光子晶體光纖30熔接，熔接損耗應(yīng)小于ldB。本實(shí)施例中光子晶體光纖30為保偏光纖,其長(zhǎng)度為10m、直徑為125 μ m,其纖芯直徑為4. 5 μ m、零色散點(diǎn)為1040 μ m、填充率為O. 4。光纖放大器10的輸出經(jīng)過(guò)該光子晶體光纖30后產(chǎn)生的超連續(xù)譜激光功率可達(dá)40W，其光譜如圖2所示，輸出光譜約在40(T2200nm 范圍，光譜寬度達(dá)到了 1600nm，且較高的填充率實(shí)現(xiàn)了該輸出光譜的紫光增強(qiáng)效果。本發(fā)明的核心在于使用增益開(kāi)光技術(shù)為光纖激光器提供種子光，以通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單模、單偏振態(tài)的皮秒脈沖激光輸出；光纖放大器10實(shí)現(xiàn)了高功率輸出；光子晶體光纖30展寬了脈沖頻譜。所以，其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如單縱模鎖定裝置不限于實(shí)施例所述的DFB半導(dǎo)體激光器7，采用可調(diào)光柵等器件也是可行的；啁啾補(bǔ)償模塊也不限于上述啁啾光柵9，還可采用啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖等；二級(jí)多模泵浦放大器和三級(jí)泵浦多模放大器優(yōu)選采用側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)，但是用端面泵浦的方式也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案；根據(jù)泵浦源和光纖放大器10的規(guī)格以及光子晶體光纖30存在的加工誤差，光子晶體光纖30的直徑在12(Γ130 μ m、其纖芯直徑在4 5 μ m、光子晶體光纖30的零色散點(diǎn)在 1020^1050 μ m、填充率在O. 2^0. 8內(nèi)(填充率越高，紫光增強(qiáng)效果越顯著)也都是可行的等。 倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，它包括依次連接的泵浦源、光纖放大器 (10)及光子晶體光纖(30)，所述泵浦源為增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源(I);所述增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源(I)包括由保偏光纖連接的增益開(kāi)關(guān)激光器、光纖耦合器(8)、單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊，增益開(kāi)關(guān)激光器的輸出端通過(guò)光纖耦合器(8)分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于所述單縱模鎖定裝置為DFB半導(dǎo)體激光器(7)或者可調(diào)光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于所述啁啾補(bǔ)償模塊為啁啾光柵(9)或者啁啾補(bǔ)償全固光子帶隙光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于 所述增益開(kāi)關(guān)激光器由依次連接的電脈沖發(fā)生器(2)、信號(hào)放大器(3)、直流偏置電流源和 F-P半導(dǎo)體激光器(6)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于 所述光纖放大器(10)包括依次設(shè)置的一級(jí)單模泵浦放大器、二級(jí)多模泵浦放大器和三級(jí)多模泵浦放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于所述一級(jí)單模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第一保偏型摻稀土光纖(14);所述二級(jí)多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第二保偏型摻稀土光纖(20);所述三級(jí)多模泵浦放大器為單向泵浦或者雙向泵浦的第三保偏型摻稀土光纖(26 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于所述二級(jí)多模泵浦放大器和/或三級(jí)多模泵浦放大器為側(cè)向泵浦光纖結(jié)構(gòu)的光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于 所述光子晶體光纖(30)的直徑為120 130 μ m,光子晶體光纖(30)的纖芯直徑為4 5μηι,光子晶體光纖(30)的零色散點(diǎn)為102(Γ 050μπι、填充率為O. 2 O. 8。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于所述光子晶體光纖 (30)的直徑為125 μ m，光子晶體光纖(30)的纖芯直徑為4. 5 μ m，光子晶體光纖(30)的零色散點(diǎn)為1040 μ m、填充率為O. 4。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于所述光子晶體光纖 (30)為保偏光纖。
全文摘要
一種超連續(xù)譜光纖激光器，包括依次連接的泵浦源、光纖放大器及光子晶體光纖，所述泵浦源為增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源；所述增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源包括由保偏光纖連接的增益開(kāi)關(guān)激光器、光纖耦合器、單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊，增益開(kāi)關(guān)激光器的輸出端通過(guò)光纖耦合器分別與單縱模鎖定裝置和啁啾補(bǔ)償模塊連接。本發(fā)明采用了增益開(kāi)關(guān)型皮秒脈沖種子源，其產(chǎn)生的種子光重復(fù)頻率可調(diào)，且為皮秒量級(jí)，是單模、單偏振光，經(jīng)三級(jí)放大后功率能達(dá)到100W，經(jīng)光子晶體光纖后得到的超連續(xù)譜激光特性與種子光一致，譜寬為400nm~2.2μm，功率最高可達(dá)到40W，光-光轉(zhuǎn)化效率可達(dá)70%；整個(gè)設(shè)備為全光纖結(jié)構(gòu)，沒(méi)有復(fù)雜的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)器件，無(wú)需水冷，適宜工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK102593701SQ20121005235
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者陳抗抗 申請(qǐng)人:陳抗抗