一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，属于光学设备领域。一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，包括脉冲振荡器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；光纤预放大器，用于提升自脉冲振荡器输出的信号光的功率；非线性放大器，用于拓展自光纤预放大器输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；宽带四波混频产生器，用于对自非线性放大器输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。本实用新型专利技术结构紧凑，体积小巧，稳定性高，易于维护，且易于搭建。

A nonlinear optical fiber amplifying broadband four wave mixer generation device

The utility model is a nonlinear optical fiber magnifying broadband four wave mixing device, which belongs to the field of optical equipment. A nonlinear amplifying fiber broadband four wave mixing device, including pulse oscillator for generating the seed pulse and the seed pulse split light signal light; optical fiber pre amplifier, used to enhance the power from the signal pulse oscillator output; nonlinear amplifier, signal spectrum expansion from fiber pre amplifier output. For, and enhance the power of the light signal, the signal spectrum bandwidth of the seed pulse light break limit; broadband four wave mixing generator, used to signal from nonlinear amplifier output light dispersion compensation and pre chirp compensation, and the signal is coupled into the high nonlinear fiber with broadband signal output femtosecond. The utility model is compact in structure, small in volume, high in stability, easy to maintain and easy to build.

【技术实现步骤摘要】
一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置
本技术涉及光学设备领域，特别涉及一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置。
技术介绍
高功率超短脉冲光纤激光器由于其MW级的峰值功率和fs级的脉冲宽度，在光学频率梳的产生、非线性光学以及微纳材料精细处理等领域备受青睐。在诸如拉丝等离子体光梳、高次谐波产生以及相干反斯托克斯拉曼散射分辨增强等应用中，对脉冲时域啁啾和脉冲宽度的精密控制显著影响其效果。增益窄化和高阶色散累积是限制光纤激光器脉冲进一步压缩的罪魁祸首。针对业已发展较为长远的掺铒和掺镱光纤激光器而言,尽管其对应掺杂离子的增益光纤辐射谱宽均达到80nm以上，变换极限脉冲宽度可达40fs或以下。但是在实践中，特别是光纤放大器中，增益窄化的作用使得放大器输出激光脉冲光谱远小于增益光纤辐射谱宽，甚至入射种子脉冲光谱宽度，导致对应去啁啾脉冲的脉宽不理想。为了突破增益窄化效应的限制，研究人员提出了非线性光纤放大技术，通过采用预啁啾补偿技术，将高峰值功率飞秒脉冲耦合入下一级光纤放大器中，由于非线性效应，脉冲光谱展宽，并控制其展宽程度低于拉曼散射阈值，再对光谱展宽后的种子脉冲进行功率放大，获得更窄的高功率去啁啾脉冲。光纤中频率转换的过程通常是基于光纤的非线性效应，诸如自相位调制、受激拉曼散射、四波混频效应以及光孤子效应。其中，四波混频效应是实现高效率转换、高能量、多波长激光输出的有效手段。四波混频过程涉及三个光子，可简单描述为两个同频光子湮灭，同时产生两个不同频率的新光子，在此参量作用过程中，净能量和动量是守恒的。因此，只有当相位失配几乎为零时，才会发生显著的四波混频过程。这就需要频率和波矢的匹配，可将其描述为：2×ω1＝ω2+ω3(ω2>ω1>ω3)，特别的，其对应传输常数也应满足2×β1＝β2+β3。光纤中实现相位匹配的可能通常为使泵浦光工作在其零色散或反常群速度色散区，或者通过多模光纤的模式色散补偿光纤的材料色散，使不同频率的激光在光纤中保持近乎相同的群速度。另外，采用更窄脉冲的泵浦激光会在光纤中产生更强的非线性效应，有利于四波混频过程的产生。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述问题，提供了一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，用于实现激光脉冲的光参量转换以及超宽带飞秒脉冲激光输出。本技术的目的是这样实现的：一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器、光纤预放大器、非线性放大器和宽带四波混频产生器；所述脉冲振荡器为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；所述光纤预放大器为单级或多级光纤放大器，用于提升自脉冲振荡器输出的信号光的功率；所述非线性放大器包括第一脉冲压缩器和光纤放大器，用于拓展自光纤预放大器输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；所述宽带四波混频产生器包括第二脉冲压缩器和高非线性光纤耦合输出模块，用于对自非线性放大器输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。其中，所述光纤熔接耦合的脉冲振荡器、光纤预放大器、非线性放大器和宽带四波混频产生器中的光纤器件均为保偏器件。其中，所述脉冲振荡器包括第一半导体激光器、可饱和吸收镜、第一增益光纤、第一波分复用器、光纤布拉格光栅和光纤分束器；所述可饱和吸收镜、第一增益光纤和第一波分复用器依次熔接，所述第一波分复用器还通过光纤分别与第一半导体激光器和光纤布拉格光栅熔接，所述光纤布拉格光栅还通过光纤与光纤分束器熔接。其中，所述可饱和吸收镜采用半导体材料制作，并带有尾纤。其中，所述第一半导体激光器为单模光纤耦合型半导体激光器。其中，所述第一增益光纤的纤芯掺杂有镱离子。其中，所述光纤分束器的分束比为9:1。其中，所述光纤预放大器为单级光纤放大器，包括第二半导体激光器、光纤隔离器、第二波分复用器、第二增益光纤，所述光纤隔离器通过光纤分别与光纤分束器和第二波分复用器熔接，所述第二波分复用器还分别与第二半导体激光器和第二增益光纤熔接。其中，所述第二半导体激光器为单模光纤耦合型半导体激光器。其中，所述第二增益光纤的纤芯掺杂有镱离子。其中，所述第一脉冲压缩器和第二脉冲压缩器为光栅对压缩器或者棱栅对压缩器。其中，所述第一脉冲压缩器包括第一准直器、二分之一波片、第一反射镜、第一光栅对、第二反射镜、第三反射镜和第二准直器；所述第一准直器通过光纤与光纤预放大器的输出端熔接，将自光纤预放大器输出的信号光准直后耦合入自由空间，该信号光再透过二分之一波片后经第一反射镜改变方向后入射第一光栅对，经第一光栅对衍射出的信号光再经第二反射镜反射以与入射光路错开的光路返回，再经第三反射镜改变方向后被第二准直器收集耦合入与第二准直器通过光纤耦合的光纤放大器中。其中，所述光纤放大器为大模场光子晶体光纤放大器，包括第三半导体激光器、泵浦信号合束器和光子晶体增益光纤，所述泵浦信号合束器的泵浦端通过光纤与第三半导体激光器熔接，所述泵浦信号合束器的信号端通过光纤与第一脉冲压缩器的输出端熔接，所述泵浦信号合束器的输出端与光子晶体增益光纤熔接。其中，所述第三半导体激光器为多模光纤耦合型半导体激光器。其中，所述光子晶体增益光纤为纤芯掺杂镱离子的保偏双包层光子晶体光纤。其中，所述第二脉冲压缩器包括第一准直透镜、二分之一波片、第四反射镜、第二光栅对、第五反射镜和第六反射镜；所述第一准直透镜将从光纤放大器输出的信号光准直后耦合入自由空间，该信号光再透过二分之一波片后经第四反射镜改变方向后入射第二光栅对，经第二光栅对衍射出的信号光经第五反射镜以与入射光路错开的光路返回，再经第六反射镜改变方向后进入高非线性光纤耦合输出模块中。其中，所述高非线性光纤耦合输出模块包括依次排列的高功率空间隔离器、第一耦合透镜、高非线性光子晶体光纤和第一输出透镜；所述高非线性光子晶体光纤的两端分别连接第一耦合透镜和第一输出透镜。其中，所述高功率空间隔离器为宽带光隔离器。本技术的有益效果为：1、本技术中光纤振荡器采用全光纤化光路结构，结构紧凑，体积小巧，稳定性高，易于维护，免去复杂的光路准直，且易于搭建。2、本技术中采用全保偏结构搭建系统，确保激光单一线偏振输出的同时，提高系统抗环境干扰能力，优化系统稳定性。3、本技术采用基于非线性放大结构实现对信号光的高质量放大，可以获得突破脉冲振荡器种子光谱带宽变换极限的飞秒脉冲。4、本技术采用飞秒脉冲在高非线性光纤中产生四波混频的产生，同时可以实现对输出光谱的调谐以及预啁啾补偿。附图说明图1本专利技术非线性光纤放大宽带四波混频产生装置的结构示意图。图2本专利技术中非线性光纤放大器的结构示意图。图3本专利技术中宽带四波混频产生器的结构示意图。图4本专利技术非线性光纤放大宽带四波混频产生装置的实施例图。图5本专利技术输出信号光光谱随泵浦功率变化图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本技术。如图1所示，一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器1100、光纤预放大器1200、非线性放大器1300和宽带四波混频产生器1400，共四个部分。脉冲振荡器1100为被动锁模光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器(1100)、光纤预放大器(1200)、非线性放大器(1300)和宽带四波混频产生器(1400)；所述脉冲振荡器(1100)为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；所述光纤预放大器(1200)为单级或多级光纤放大器(1320)，用于提升自脉冲振荡器(1100)输出的信号光的功率；所述非线性放大器(1300)包括第一脉冲压缩器(1310)和光纤放大器(1320)，用于拓展自光纤预放大器(1200)输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；所述宽带四波混频产生器(1400)包括第二脉冲压缩器(1410)和高非线性光纤耦合输出模块(1420)，用于对自非线性放大器(1300)输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。

【技术特征摘要】
1.一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器(1100)、光纤预放大器(1200)、非线性放大器(1300)和宽带四波混频产生器(1400)；所述脉冲振荡器(1100)为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；所述光纤预放大器(1200)为单级或多级光纤放大器(1320)，用于提升自脉冲振荡器(1100)输出的信号光的功率；所述非线性放大器(1300)包括第一脉冲压缩器(1310)和光纤放大器(1320)，用于拓展自光纤预放大器(1200)输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；所述宽带四波混频产生器(1400)包括第二脉冲压缩器(1410)和高非线性光纤耦合输出模块(1420)，用于对自非线性放大器(1300)输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。2.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述脉冲振荡器(1100)、光纤预放大器(1200)、非线性放大器(1300)和宽带四波混频产生器(1400)中的光纤器件均为保偏器件。3.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述脉冲振荡器(1100)包括第一半导体激光器(1101)、可饱和吸收镜(1102)、第一增益光纤(1103)、第一波分复用器(1104)、光纤布拉格光栅(1105)和光纤分束器(1106)；所述可饱和吸收镜(1102)、第一增益光纤(1103)和第一波分复用器(1104)依次熔接，所述第一波分复用器(1104)还通过光纤分别与第一半导体激光器(1101)和光纤布拉格光栅(1105)熔接，所述光纤布拉格光栅(1105)还通过光纤与光纤分束器(1106)熔接。4.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述光纤预放大器(1200)为单级光纤放大器，包括第二半导体激光器(1201)、光纤隔离器(1202)、第二波分复用器(1203)、第二增益光纤(1204)，所述光纤隔离器(1202)通过光纤分别与光纤分束器(1106)和第二波分复用器(1203)熔接，所述第二波分复用器(1203)还分别与第二半导体激光器(1201)和第二增益光纤(1204)熔接。5.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述第一脉冲压缩器(1310)和第二脉冲压缩器(1410)为光栅对压缩器或者棱栅对压缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭政儒，郝强，曾和平，
申请(专利权)人：上海朗研光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31