基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置及产生方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置及产生方法，由光纤激光器产生飞秒脉冲，经液晶延迟器和偏振分束棱镜后实现功率可调并分束，一束经光子晶体光纤产生多个光孤子，再依次GI‑MMF与SMF进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过环行器与光纤光栅被依次滤出；另一束飞秒脉冲作为泵浦光，耦合进GI‑MMF与SMF中进行啁啾谱压缩后经光纤分束器分束，形成多个泵浦光，再电控调节多个光纤延迟线同时实现泵浦光与各个光孤子的脉冲同步，最后分别合束输出，构成多点输出的CARS激发源。该发明专利技术能够实现了多孤子的同步扫描，可同时探测多个CARS信号，大大提高了CARS信号探测的效率，且结构紧凑、环境抗干扰性强，可服务于CARS显微成像领域。

Multi point output CARS excitation source and generation method based on multiple soliton synchronous scanning

The invention discloses a multi output CARS synchronous scanning based on multi soliton excitation source device and producing method, produced by femtosecond pulse fiber laser, the liquid crystal retarders and polarization beam splitter to achieve adjustable power and beam, a beam of the photonic crystal fiber to produce multiple soliton, followed by GI MMF and SMF chirped spectral compression, the optical soliton compressed through the circulator and the optical fiber grating is successively filtered; the other beam femtosecond pulse as the pump, coupling into the GI MMF and SMF in chirped spectral compression after optical fiber splitter splitter, shaped into a plurality of pump light, and then a controlled fiber delay line and pulse synchronous pump and various optical solitons, finally combined beam output, a multi output CARS excitation source. The invention can achieve synchronous scanning of multiple solitons, detect multiple CARS signals at the same time, greatly improve the detection efficiency of CARS signals, and has compact structure, strong environmental anti-interference ability, and can serve in the field of CARS microscopic imaging.

【技术实现步骤摘要】
基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置及产生方法
本专利技术涉及非线性光学领域，特别是涉及一种多点输出CARS激发源装置及方法。
技术介绍
相干反斯托克斯拉曼散射(Coherentanti-StokesRamanscattering，CARS)技术在利用非线性光学四波混频来探测分子的拉曼振动谱时，通常利用泵浦和斯托克斯两束光来激发样品。当泵浦光和斯托克斯光的频差等于样品的化学键振动频率、且满足相位匹配条件时，将激发出反斯托克斯光，这就是CARS显微成像技术所需要探测的CARS信号。但作为传统的CARS信号的基于固体激光器的空间光学型CARS激发源装置，其体积庞大、稳定性差、价格昂贵且需要专人维护，这些存在的问题限制了推广应用。另一种CARS信号即光纤型CARS激发源则具有稳定可靠、免调整且易集成的特性，很好地解决了上述问题，成为近年来CARS激发源的研究热点。研究者们利用脉冲在光纤中产生的非线性效应，向光子晶体光纤(PCF)中注入超短脉冲进行频率转换，以得到合适的斯托克斯光。这些频率转换机制包括孤子自频移、超连续谱以及四波混频。其中，基于孤子自频移的光纤CARS激发源技术在CARS显微成像领域应用广泛。但随着输入光功率的增大，会产生多阶光孤子。这些光孤子一起入射到样品上，会影响CARS信号的产生，并且降低成像质量，所以在现有的CARS激发源系统中，通常只用基阶孤子作为斯托克斯光脉冲，而将其余各阶光孤子滤掉，这样只能实时探测到一个CARS信号，使得实时探测范围有限，且功率损耗大，忽视了其余各阶光孤子的作用。
技术实现思路
本专利技术提出了基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源生成装置及产生方法，实现了3个不同CARS信号的同步探测；而且由液晶延迟器、偏振分束棱镜以及电控系统组成了功率调谐部分，使得输入到PCF中的功率可调，从而使得光孤子波长可调，实现了各个孤子的光谱扫描。本专利技术的一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源生成装置，该装置包括飞秒光纤激光器(1)、液晶延迟器(2)、偏振分光棱镜(3)、耦合镜(4)、光子晶体光纤(5)、折射率渐变多模光纤(6)、单模光纤(7)、滤波部、光纤1×3分束器(11)、光纤延迟线(12)、合束器(13)、电控系统(14)和输出端口(15)；所述滤波部由第一、第二光纤环行器(81)、(82)、第一第二啁啾光纤光栅(91)、(92)以及长周期光纤光栅(10)构成，其中：飞秒光纤激光器(1)产生的飞秒脉冲，经液晶延迟器(2)和偏振分束棱镜(3)后实现功率可调被分束；一束所述飞秒脉冲由耦合镜(4)耦合到光子晶体光纤(5)中传输，在光子晶体光纤(5)中产生3个光孤子即基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子，所述基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子依次经折射率渐变多模光纤(6)和单模光纤(7)进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过滤波部被透射滤出，均作为斯托克斯光脉冲；另一束所述飞秒脉冲经耦合镜(4)耦合到折射率渐变多模光纤(6)与单模光纤(7)中进行啁啾谱压缩，再经光纤1×3分束器(11)分束成3个光路，作为泵浦光脉冲；残余泵浦光脉冲与3个光孤子从第一光纤环行器(81)的一端输入，其中基阶孤子被第一啁啾光栅(91)反射到输出端，从而被透射滤出；残余泵浦光脉冲与第二、第三阶孤子从第二光纤环行器(82)的一端输入，其中二阶孤子被第二啁啾光栅(92)反射到输出端，从而被透射滤出；剩下的三阶孤子与残余泵浦光脉冲，用长周期光纤光栅(10)反射滤掉残余泵浦光脉冲，透射滤出三阶孤子；光纤延迟线(12)设置于泵浦光脉冲的每个光路上，调控泵浦光脉冲与光孤子时间同步；电控系统(14)同时调控每个光纤延迟线(12)的延迟量，各路滤出光孤子与所述泵浦光脉冲经合束器(13)合束，由输出端(15)输出，实现多孤子多点输出。所述液晶延迟器(2)上的外加电压V发生改变；随着液晶延迟器(2)外加电压V的改变，飞秒脉冲的相位延迟发生改变，其偏振态变成随外加电压变化的椭圆偏振态，再经过偏振分光棱镜(3)后，飞秒脉冲的偏振态变为线偏振态。所述电控系统(14)通过调控液晶延迟器的外加电压V来调节飞秒脉冲进入到光子晶体光纤(5)中的功率；飞秒脉冲进入到光子晶体光纤(5)中的功率变化会导致各阶光孤子中心波长λ1、λ2和λ3的移动，从而实现多孤子的光谱同步扫描。本专利技术的一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源产生方法，该方法包括以下步骤：由光纤激光器产生飞秒脉冲，经液晶延迟器和偏振分光棱镜后实现功率可调并分束，一束经光子晶体光纤产生多个光孤子，再依次经折射率渐变多模光纤和单模光纤进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过环行器与光纤光栅被依次滤出；另一束飞秒脉冲作为泵浦光，耦合进折射率渐变多模光纤与单模光纤中进行啁啾谱压缩后经光纤分束器分束，形成多个泵浦光，再电控调节多个光纤延迟线同时实现泵浦光与各个光孤子的脉冲同步，最后分别合束输出，构成多点输出的CARS激发源。所述功率可调是调节飞秒脉冲进入到光子晶体光纤中的功率；飞秒脉冲进入到光子晶体光纤中的功率变化会导致各阶光孤子中心波长λ1、λ2和λ3的移动，从而实现多孤子的光谱同步扫描。与现有技术相比，本专利技术具有以下效果：1、能够实现了多孤子的同步扫描，可同时探测多个CARS信号，大大提高了CARS信号探测的效率；2、结构紧凑、环境抗干扰性强；3、可服务于CARS显微成像领域，以实现多种物质CARS信号的同步探测。附图说明图1为本专利技术的基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置示意图；图2为本专利技术的多孤子光谱扫描装置示意图。附图标记：1、飞秒光纤激光器，2、液晶延迟器，3、偏振分光棱镜(PBS)，4、耦合镜，5、光子晶体光纤PCF，6、折射率渐变多模光纤GI-MMF，7、单模光纤SMF，81、82、第一、二光纤环行器，91、92、第一、二啁啾光纤光栅，10、长周期光纤光栅，11、光纤1×3分束器，12、光纤延迟线，13、合束器，14、电控系统，15、输出端口。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步的详细描述。实施例1：基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置如图1所示，本专利技术中基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置，包括飞秒光纤激光器1、液晶延迟器2、偏振分光棱镜3、耦合镜4、光子晶体光纤5、折射率渐变多模光纤6、单模光纤7、光纤环行器8、啁啾光纤光栅9、长周期光纤光栅10、光纤1×3分束器11、光纤延迟线12、合束器13、电控系统14、输出端口15；飞秒光纤激光器1产生的飞秒脉冲，经液晶延迟器2和偏振分束棱镜3后实现功率可调被分束；一束所述飞秒脉冲由耦合镜4耦合到光子晶体光纤5中传输，在光子晶体光纤5中产生3个光孤子即基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子，所述基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子依次经折射率渐变多模光纤6和单模光纤7进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过滤波部被透射滤出，均作为斯托克斯光脉冲；另一束所述飞秒脉冲经耦合镜4耦合到折射率渐变多模光纤6与单模光纤7中进行啁啾谱压缩，再经光纤1×3分束器11分束成3个光路，作为泵浦光脉冲；残余泵浦光脉冲与3个光孤子从第一光纤环行器81的一端输入，其中基阶孤子被第一啁啾光栅91反射到输出端，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源生成装置，其特征在于，该装置包括飞秒光纤激光器(1)、液晶延迟器(2)、偏振分光棱镜(3)、耦合镜(4)、光子晶体光纤(5)、折射率渐变多模光纤(6)、单模光纤(7)、滤波部、光纤1×3分束器(11)、光纤延迟线(12)、合束器(13)、电控系统(14)和输出端口(15)；所述滤波部由第一、第二光纤环行器(81)、(82)、第一第二啁啾光纤光栅(91)、(92)以及长周期光纤光栅(10)构成，其中：飞秒光纤激光器(1)产生的飞秒脉冲，经液晶延迟器(2)和偏振分束棱镜(3)后实现功率可调被分束；一束所述飞秒脉冲由耦合镜(4)耦合到光子晶体光纤(5)中传输，在光子晶体光纤(5)中产生3个光孤子即基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子，所述基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子依次经折射率渐变多模光纤(6)和单模光纤(7)进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过滤波部被透射滤出，均作为斯托克斯光脉冲；另一束所述飞秒脉冲经耦合镜(4)耦合到折射率渐变多模光纤(6)与单模光纤(7)中进行啁啾谱压缩，再经光纤1×3分束器(11)分束成3个光路，作为泵浦光脉冲；残余泵浦光脉冲与3个光孤子从第一光纤环行器(81)的一端输入，其中基阶孤子被第一啁啾光栅(91)反射到输出端，从而被透射滤出；残余泵浦光脉冲与第二、第三阶孤子从第二光纤环行器(82)的一端输入，其中二阶孤子被第二啁啾光栅(92)反射到输出端，从而被透射滤出；剩下的三阶孤子与残余泵浦光脉冲，用长周期光纤光栅(10)反射滤掉残余泵浦光脉冲，透射滤出三阶孤子；光纤延迟线(12)设置于泵浦光脉冲的每个光路上，调控泵浦光脉冲与光孤子时间同步；电控系统(14)同时调控每个光纤延迟线(12)的延迟量，各路滤出光孤子与所述泵浦光脉冲经合束器(13)合束，由输出端(15)输出，实现多孤子多点输出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源生成装置，其特征在于，该装置包括飞秒光纤激光器(1)、液晶延迟器(2)、偏振分光棱镜(3)、耦合镜(4)、光子晶体光纤(5)、折射率渐变多模光纤(6)、单模光纤(7)、滤波部、光纤1×3分束器(11)、光纤延迟线(12)、合束器(13)、电控系统(14)和输出端口(15)；所述滤波部由第一、第二光纤环行器(81)、(82)、第一第二啁啾光纤光栅(91)、(92)以及长周期光纤光栅(10)构成，其中：飞秒光纤激光器(1)产生的飞秒脉冲，经液晶延迟器(2)和偏振分束棱镜(3)后实现功率可调被分束；一束所述飞秒脉冲由耦合镜(4)耦合到光子晶体光纤(5)中传输，在光子晶体光纤(5)中产生3个光孤子即基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子，所述基阶孤子、二阶孤子以及三阶孤子依次经折射率渐变多模光纤(6)和单模光纤(7)进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过滤波部被透射滤出，均作为斯托克斯光脉冲；另一束所述飞秒脉冲经耦合镜(4)耦合到折射率渐变多模光纤(6)与单模光纤(7)中进行啁啾谱压缩，再经光纤1×3分束器(11)分束成3个光路，作为泵浦光脉冲；残余泵浦光脉冲与3个光孤子从第一光纤环行器(81)的一端输入，其中基阶孤子被第一啁啾光栅(91)反射到输出端，从而被透射滤出；残余泵浦光脉冲与第二、第三阶孤子从第二光纤环行器(82)的一端输入，其中二阶孤子被第二啁啾光栅(92)反射到输出端，从而被透射滤出；剩下的三阶孤子与残余泵浦光脉冲，用长周期光纤光栅(10)反射滤掉残余泵浦光脉冲，透射滤出三阶孤子；光纤延迟线(12)设置于泵浦光脉冲的每个光路上，调控泵浦光脉冲与光孤子时间同步；电控系统(14)同时调控每个光纤延迟线(12)的延...

【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，刘铁根，黄灿，刘琨，张永宁，王双，张学智，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12