一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器，它由主控制器、泵浦源模组、环形激光器模组及超连续谱产生及监测模组组成。主控制器发出指令启动三个半导体激光器、宽谱段光谱仪。功率控制器用于对三个半导体激光器功率放大器进行功率调节。频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的调节。三波长超短飞秒级激光脉冲由ZBLAN光纤进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入主控制器进行分析。本发明专利技术的有益效果是，它可以实现输出中红外平坦性超连续谱激光器，满足精确化宽光谱定量分析等方面的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器的结构及实现方法，尤其涉及一种基于反馈式调频调幅多波长激光泵浦的中红外超连续谱激光器及其超平坦光谱输出实现方法。
技术介绍
超连续谱激光指的当泵浦激光穿过特殊光波导时，一系列的非线性效应引起入射激光束的光谱展宽，从而输出宽光谱激光束—称超连续谱。尤其随着超快激光和光子晶体光纤(Photoniccrystalfibers，简称PCF)技术的发展，利用超短脉冲在PCF中的传播来产生超连续光已经成为全世界引人关注的课题。这种技术只需要非常低的脉冲能量(大约1nJ)就能产生超连续光，而且所得到的超连续光是相干的且亮度高——这使它成为理想的白光源。超连续谱激光器自诞生以来得到了迅速的发展，尤其是在光谱范围方面，基本覆盖了从紫外到中红外谱段。此外，在大功率及器件小型化方面也取得了巨大的进步。由于中红外激光对光纤等器件有较高的要求与限制，中红外超连续谱激光器无法用普通的PCF光纤实现。近来随着ZBLAN即稀土掺杂氟化锆/钡氟/氟化镧/氟化铝/的氟化钠(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)等氟化物光纤的出现，其在中红外的表现优异，因此出现了基于ZBLAN光纤技术的超连续谱激光器。然而，在一些需要精确化宽光谱定量分析的应用场合，目前的中红外超连续激光源无法胜任，因为现有的中红外超连续谱激光源在输出光谱平坦度及稳定性等技术指标上存在一些问题，无法适应宽谱精确定量分析的要求。因此，<br>如何实现高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光器是一个急需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器的实现方法，它基于反馈式调频调幅多波长激光泵浦的方式，可满足精确化宽光谱定量分析的需求。本专利技术的技术方案是这样来实现的，本专利技术提出的高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器由主控制器、泵浦源模组、环形激光器模组及超连续谱产生及监测模组组成。泵浦源模组用于产生环形激光器组件的多波长脉冲种子激光。它包含频率控制器、第一脉冲发生器、第一整形放大器、第一激光管驱动电路、第二脉冲发生器、第二整形放大器、第二激光管驱动电路、第三脉冲发生器、第三整形放大器、第三激光管驱动电路、三合一光纤、第一偏振控制器及光隔离器；其中第一激光管驱动电路由第一场效应管驱动电路、第一场效应管和第一激光二极管及其放电回路组成；类似地，第二激光管驱动电路由第二场效应管驱动电路、第二场效应管和第二激光二极管及其放电回路组成；第三激光管驱动电路由第三场效应管驱动电路、第三场效应管和第三激光二极管及其放电回路组成；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节。环形激光器模组包含第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、四合一光耦合器、环形腔、功率控制器、第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器、第一负GVD光纤、第一波分复用器、掺镱光纤放大器、第二波分复用器、第二负GVD光纤、第二偏振控制器、第三偏振控制器、法拉第光隔离器及第四偏振控制器，用于对泵浦源模组传送过来的多波长脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节。超连续谱产生及监测模组包含ZBLAN光纤耦合器、ZBLAN光纤、中红外一进二出光纤、输出接口以及宽谱段光谱仪，用于产生中红外超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给主控制器。主控制器含有执行控制与数据分析的硬件电路及软件系统，用于控制第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、功率控制器、频率控制器及宽谱段光谱仪，并接收宽谱段光谱仪的输出光谱信号进行光谱数据分析。主控制器发出指令启动第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、宽谱段光谱仪；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节；三个脉冲发生器分别经三个整形放大器进行脉冲整形，进行功率放大后形成三种波长的脉冲种子激光进入环形激光器模组；环形激光模组的三个半导体激光器发出的连续激光经分束后以两个方向进入环形腔，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制对三种波长的脉冲种子激光进行时域压缩和功率放大，产生的三波长超短飞秒级激光脉冲进入超连续谱产生及监测模组；三波长超短飞秒级激光脉冲由ZBLAN光纤进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入主控制器进行分析。中红外超连续谱激光器的超平坦光谱输出及高稳定特性具体按以下步骤实现：(1)根据ZBLAN光纤的零色散波长λ0，求出其对应的频率f0；设定频率差△f，设定频率f1＝f0+△f，求出其对应的波长λ1；类似地，设定频率f2＝f0-△f，求出其对应的波长λ2；(2)选择第一激光二极管及第一半导体激光器的工作波长为λ0；选择第二激光二极管及第二半导体激光器的工作波长为λ1；选择第三激光二极管及第三半导体激光器的工作波长为λ2；(3)主控制器发出控制指令给频率控制器，频率控制器将第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器三者的脉冲频率设定为相同的初始值F1＝F2＝F3，并使之启动工作；(4)主控制器发出控制指令启动宽谱段光谱仪、第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器；(5)主控制器发出控制指令给功率控制器，功率控制器将第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器的放大倍数设定一个相同的初始值A1＝A2＝A3；(6)第一脉冲发生器发出的频率为F1的电脉冲经第一整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F1的电脉冲，经功率放大后，送入第一激光管驱动电路中的第一场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F1的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第一场效应管的导通和截止，用于控制第一激光二极管放电回路的充放电，使第一激光二极管产生重频为F1的纳秒级脉冲种子激光；类似地，第二脉冲发生器发出的频率为F2的电脉冲经第二整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器，该中红外超连续谱激光器由主控制器(1)、泵浦源模组(2)、环形激光器模组(22)及超连续谱产生及监测模组(32)组成，其特征在于：所述的泵浦源模组(2)用于产生环形激光器组件(22)的多波长脉冲种子激光，它包含频率控制器(3)、第一脉冲发生器(4)、第一整形放大器(5)、第一激光管驱动电路(42)、第二脉冲发生器(9)、第二整形放大器(10)、第二激光管驱动电路(43)、第三脉冲发生器(14)、第三整形放大器(15)、第三激光管驱动电路(44)、三合一光纤(19)、第一偏振控制器(20)及光隔离器(21)；其中第一激光管驱动电路(42)由第一场效应管驱动电路(8)、第一场效应管(7)和第一激光二极管(6)及其放电回路组成；类似地，第二激光管驱动电路(43)由第二场效应管驱动电路(13)、第二场效应管(12)和第二激光二极管(11)及其放电回路组成；第三激光管驱动电路(44)由第三场效应管驱动电路(16)、第三场效应管(17)和第三激光二极管(18)及其放电回路组成；频率控制器(3)用于对第一脉冲发生器(4)、第二脉冲发生器(9)及第三脉冲发生器(14)进行工作频率的的调节；所述的环形激光器模组(22)包含第一半导体激光器(39)、第二半导体激光器(40)、第三半导体激光器(41)、四合一光耦合器(38)、环形腔(45)、功率控制器(46)、第一半导体激光器功率放大器(47)、第二半导体激光器功率放大器(48)、第三半导体激光器功率放大器(49)、第一负GVD光纤(23)、第一波分复用器(24)、掺镱光纤放大器(28)、第二波分复用器(29)、第二负GVD光纤(30)、第二偏振控制器(31)、第三偏振控制器(27)、法拉第光隔离器(26)及第四偏振控制器(25)，用于对泵浦源模组(2)传送过来的多波长脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩；功率控制器(46)用于对第一半导体激光器功率放大器(47)、第二半导体激光器功率放大器(48)、第三半导体激光器功率放大器(49)进行功率调节；所述的超连续谱产生及监测模组(32)包含ZBLAN光纤耦合器(33)、ZBLAN光纤(34)、中红外一进二出光纤(35)、输出接口(36)以及宽谱段光谱仪(37)，用于产生中红外超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给主控制器(1)；所述的主控制器(1)含有执行控制与数据分析的硬件电路及软件系统，用于控制第一半导体激光器(39)、第二半导体激光器(40)、第三半导体激光器(41)、功率控制器(46)、频率控制器(3)及宽谱段光谱仪(37)，并接收宽谱段光谱仪(37)的输出光谱信号进行光谱数据分析；主控制器发出指令启动第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、宽谱段光谱仪；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节；三个脉冲发生器分别经三个整形放大器进行脉冲整形，进行功率放大后形成三种波长的脉冲种子激光进入环形激光器模组；环形激光模组的三个半导体激光器发出的连续激光经分束后以两个方向进入环形腔，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制对三种波长的脉冲种子激光进行时域压缩和功率放大，产生的三波长超短飞秒级激光脉冲进入超连续谱产生及监测模组；三波长超短飞秒级激光脉冲由ZBLAN光纤进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入主控制器进行分析。...

【技术特征摘要】
1.一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器，该中红外超连续谱激光器
由主控制器(1)、泵浦源模组(2)、环形激光器模组(22)及超连续谱产生及
监测模组(32)组成，其特征在于：
所述的泵浦源模组(2)用于产生环形激光器组件(22)的多波长脉冲种
子激光，它包含频率控制器(3)、第一脉冲发生器(4)、第一整形放大器(5)、
第一激光管驱动电路(42)、第二脉冲发生器(9)、第二整形放大器(10)、第
二激光管驱动电路(43)、第三脉冲发生器(14)、第三整形放大器(15)、第
三激光管驱动电路(44)、三合一光纤(19)、第一偏振控制器(20)及光隔离
器(21)；其中第一激光管驱动电路(42)由第一场效应管驱动电路(8)、第
一场效应管(7)和第一激光二极管(6)及其放电回路组成；类似地，第二激
光管驱动电路(43)由第二场效应管驱动电路(13)、第二场效应管(12)和
第二激光二极管(11)及其放电回路组成；第三激光管驱动电路(44)由第三
场效应管驱动电路(16)、第三场效应管(17)和第三激光二极管(18)及其
放电回路组成；频率控制器(3)用于对第一脉冲发生器(4)、第二脉冲发生
器(9)及第三脉冲发生器(14)进行工作频率的的调节；
所述的环形激光器模组(22)包含第一半导体激光器(39)、第二半导体
激光器(40)、第三半导体激光器(41)、四合一光耦合器(38)、环形腔(45)、
功率控制器(46)、第一半导体激光器功率放大器(47)、第二半导体激光器功
率放大器(48)、第三半导体激光器功率放大器(49)、第一负GVD光纤(23)、
第一波分复用器(24)、掺镱光纤放大器(28)、第二波分复用器(29)、第二
负GVD光纤(30)、第二偏振控制器(31)、第三偏振控制器(27)、法拉第光
隔离器(26)及第四偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：万雄，刘鹏希，章婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31