本发明专利技术公开了一种高平均功率全光纤中红外超连续谱光源，包括：沿光路依次连接的带输出尾纤的脉冲泵浦源、一段单模无源光纤、至少一级掺铥光纤放大器、第二光纤合束器和一段掺铒氟化物光纤，第二泵浦源与所述的第二光纤合束器的第二输入端相连。本发明专利技术使用高功率激光二极管来泵浦掺铒的氟化物光纤，使得光谱不仅在该段光纤中由于非线性效应而展宽，同时由于泵浦在2.7微米附近产生高的增益而得到加强，进一步激发在中红外波段的非线性效应，使得最终获得的超连续谱具有很宽的波长覆盖范围和高平均功率；由于采用了全光纤结构，易于进行集成化和商品化，在频率测度、波分复用等领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种高平均功率全光纤中红外超连续谱光源，包括：沿光路依次连接的带输出尾纤的脉冲泵浦源、一段单模无源光纤、至少一级掺铥光纤放大器、第二光纤合束器和一段掺铒氟化物光纤，第二泵浦源与所述的第二光纤合束器的第二输入端相连。本专利技术使用高功率激光二极管来泵浦掺铒的氟化物光纤，使得光谱不仅在该段光纤中由于非线性效应而展宽，同时由于泵浦在2.7微米附近产生高的增益而得到加强，进一步激发在中红外波段的非线性效应，使得最终获得的超连续谱具有很宽的波长覆盖范围和高平均功率；由于采用了全光纤结构，易于进行集成化和商品化，在频率测度、波分复用等领域具有广阔的应用前景。【专利说明】一种高平均功率全光纤中红外超连续谱光源
本专利技术涉及激光光电子
，特别是一种高平均功率全光纤中红外超连续谱光源。
技术介绍
超连续谱由于其在频率测量、波分复用和光学相干断层扫描等领域的应用前景近年来成为研究热点。在各种各样的超连续谱产生装置中，光纤超连续谱光源格外引人注意，这主要是由于全光纤结构的超连续谱光源受外界环境的影响小且易于集成，方便转化为商业化设备。目前已有光纤超连续谱光源主要分为两类:一类是从紫外延伸到近红外，另一类则是从近红外延伸至中红外。前者主要是利用特殊设计的石英玻璃光子晶体光来实现光谱的展宽，后者则是借助氟化物玻璃光纤、硫化物玻璃光纤等来输出超连续谱。二者的区别的根源是石英玻璃光纤在2.2微米以上的高损耗使得通过前者所产生的超连续谱很难延伸至中红外波段。超连续谱的泵浦源则是多种多样，从输出连续光到输出纳秒、皮秒、飞秒脉冲的泵源都已经实现了光谱数百、上千纳米的展宽。这其中采用连续光或高重复频率的纳秒光泵浦易于获得高平均功率的超连续谱，而纳秒泵浦光由于其在峰值功率上的优势被更多的米用。一种目前常见的获得高平均功率超连续谱的方法是:先用纳秒、千瓦、波长为1.55微米附近脉冲泵浦一段单模无源光纤，产生波长范围通常为1.5微米到2.2微米的超连续谱。接着利用掺铥光纤放大器对其进行多级放大，产生两微米附近的高功率超连续谱。最后用其来泵浦一段在中红外“透明”的氟化物玻璃、硫化物玻璃等类型的光纤，以产生高平均功率中红外超连续谱。这一技术方案可以产生平均功率达数十瓦，波长超过4微米的超连续谱，但最后一段光纤的性质限制了超连续谱的转换效率、平均功率以及光谱展宽范围的进一步提闻。
技术实现思路
为获得性能更为优越的中红外超连续谱，本专利技术对上述方法进行了改进，提出了一种高平均功率全光纤中红外超连续谱光源，光通过此段光纤时不仅因非线性效应光谱得到展宽，同时相应波段的光谱成分被放大，进而使得中红外波段的非线性效应到增强。本专利技术的技术解决方案如下:—种高平均功率全光纤中红外超连续谱光源，特点在于其构成包括:沿光路依次连接的带输出尾纤的脉冲泵浦源、一段单模无源光纤、至少一级掺铥光纤放大器、第二光纤合束器和一段掺铒氟化物光纤，第二泵浦源与所述的第二光纤合束器的第二输入端相连。所述的一级掺铥光纤放大器由第一泵浦源、第一光纤合束器和一段掺铥石英光纤组成，所述的单模无源光纤与所述的第一光纤合束器的第一输入端相连，所述的第一泵浦源与所述的第一光纤合束器的第二输入端相连。所述的各部件之间以纤芯对齐的方式相互熔接在一起。所述的带输出尾纤的脉冲泵浦源的输出波长在在1500纳米到1760纳米范围内、输出脉宽为I到20纳秒、峰值功率大于I千瓦。所述的一段单模无源光纤的纤芯直径小于10微米，长度大于10米。所述的一段掺铥石英光纤和一段掺铒氟化物光纤均为双包层光纤。所述的一段掺铒氟化物光纤为ZBLAN光纤。ZBLAN光纤的主要组分为ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF,各组分的比例通常为 53mol.%ZrF4, 20mol.%BaF2,4mol.%LaF3,3mol.%A1F3，20mol.%NaF。所述的第一泵浦源的输出中心波长在750纳米到820纳米范围内。所述的第二泵浦源的输出中心波长在910纳米到980纳米范围内。与现有技术相比，本专利技术采用了一段被波长在975纳米附近的泵浦源抽运激活的掺铒ZBLAN玻璃光纤作为最终输出中红外超连续谱的光纤，其好处在于光通过此段光纤时不仅因非线性效应光谱得到展宽，同时由于铒的三价阳离子在2.7微米附近的发射峰的存在，相应波段的光谱成分被放大，进而使得中红外波段的非线性效应到增强。这对于光谱的进一步的展宽和平均功率的提高都是有好处的。同时由于本专利技术所采用的全光纤结构，整个系统稳定性高、易于集成且可以在多种外界环境下工作，使得该中红外超连续谱光源具有广阔的应用前景。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术高平均功率中红外超连续谱光源的结构示意图。图2是掺铥石英玻璃和掺铒ZBLAN玻璃的简化能级结构示意图。图中的各箭头指出了本专利技术所利用到的主要跃迁过程。【具体实施方式】下面结合实施例和附图对本专利技术做详细的说明，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。请先参阅图1，图1是本专利技术高平均功率中红外超连续谱光源的结构示意图。本实施例中脉冲泵浦源I为输出1.55微米、纳秒脉冲激光的铒镱共掺光纤激光器，一段单模无源光纤2为康宁公司的SMF-28e光纤，长度为10米。脉冲泵浦源I的输出激光通过一段无源光纤2后光谱展宽为1.5微米到2.2微米，时域上各波长成分的脉冲由1.55微米的纳秒脉冲分裂为皮秒、飞秒脉冲。然后通过由第一光纤合束器3、第一泵浦源7和一段掺铥石英光纤4组成的掺铥光纤放大器。其中第一光纤合束器5为(2+1)Χ I合束器，第一泵浦源7为中心波长在793纳米附近的高功率激光二极管，一段掺铥石英光纤4为单模双包层光纤，在793纳米附近的吸收系数约为3dB/米，长度4米。在泵浦光的抽运作用下，放大器在1.8微米到2.1微米产生了高的增益，提高了通过的超连续谱的平均功率，同时由于非线性效应光谱在其中得到了展宽。但由于铥的三价阳离子在1.6微米到1.8微米的吸收峰的存在，这一波长范围的光被吸收，所以最终经由掺铥光纤放大器输出的高功率超连续谱的波长范围约为1.9微米到2.5微米。需要说明的是，图1中只有一级掺铥光纤放大器，如果需要放大至更高的功率，这里也可以接多级同样地的掺铥光纤放大器。进入使光谱最终展宽至中红外波段的阶段。第二光纤合束器4也是(2+1) Xl合束器，第二泵浦源8则是中心波长在975纳秒附近的高功率激光二极管。一段掺铒氟化物光纤6为单模双包层ZBLAN光纤，在975纳米附近的吸收系数约为6dB/米，长度为5米。由于中红外波段光在ZBLAN光纤中传输时的内禀损耗小，使得掺铥光纤放大器输出的高平均功率超连续谱经历向中红外波段的非线性展宽而不被吸收，同时，由于被泵浦光抽运激活后的掺铒ZBLAN光纤在2.7微米附近具有高的增益使得该波长范围的超连续谱被放大。放大后的超连续谱激发更强的非线性效应，产生更多的中红外光谱成分。这一级联过程使得最终得到的中红外超连续谱同时具有很高平均功率和很宽的波长覆盖范围。图2是掺铥石英玻璃和掺铒ZBLAN玻璃的简化能级结构示意图。第一泵浦源7输出的793纳米附近泵浦光作用于一段掺铥石英光纤4导致了 3H6到3H4的受激吸收过程。2微米附近的超连续谱通过该段光纤时则导致3F本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐剑秋，杨建龙，唐玉龙，王尧，李宏强，罗永锋，王世伟，杨帅，颜硕，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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