用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，泵浦源输出的泵浦光经隔离器和第一光耦合器进入参量振荡腔，第一和第二光耦合器的合波进入增益光纤和参量转换介质，增益光纤将从第一光耦合器进入参量振荡腔的泵浦光功率放大，增益光纤输出光再进入与增益光纤直接熔接的参量转换介质，在参量转换介质中发生四波混频效应，参量转换介质输出光一部分直接输出，另一部分作为反馈光返回第一光耦合器，形成一个参量振荡腔。将光耦合器置于增益光纤之前，使增益光纤与参量转换介质可以直接熔接，避免了在低重频高峰值功率泵浦光下，光耦合器尾纤产生有害的非线性效应，提高了参量转换效率，减小频谱噪声，进而实现全光纤低重频的参量振荡器。

【技术实现步骤摘要】
用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器
本专利技术涉及一种激光技术，特别涉及一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器。
技术介绍
光学显微镜是生命科学领域的重要可视化检测工具，极大的扩展了人们对于生命科学的认识。采用染色标记的荧光显微技术为我们提供了一种更加直接的探测方式，但荧光标记可能引起生物组织或者细胞自身生理特性的改变，甚至会杀死观测样品细胞，因此无标记检测技术成为生命科学检测的一个发展方向。相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）成像技术的发展为生物成像带来了新的解决方案，此方案可以在无需标记的情况下，根据物质分子的振动或者转动能级获得反斯托克斯信号，实现了生物的无标记显微成像。传统的CARS成像系统采用钛蓝宝石激光器搭建，系统庞大复杂，成本昂贵，需要专业技术人员定期维护和调整，这使得CARS技术局限在恒温、恒湿和超净等条件严苛的实验室中。随着光纤激光技术、半导体技术和光子晶体光纤制造技术的发展，利用光纤的孤子自频移、自相位调制和四波混频等非线性效应产生两束时间同步、空间重合的CARS成像光源的方法成为近年来的研究热点。随着增益光纤和非线性光纤熔接技术的不断发展，目前可实现单通的全光纤CARS成像光源，但是其谱宽太宽，使得CARS成像光谱分辨率较低，限制了CARS成像的发展。为了克服这个缺点研究人员提出光纤参量振荡器的方法，利用色散滤波效应，获得了窄谱宽的光源，从而提高了CARS成像的光谱分辨率。有研究表明：对于生物细胞，尤其是鞘髓等稠密的细胞，低重频的CARS成像光源引入的伤害较小。但是，传统用于CARS成像的全光纤低重频的参量振荡器是将光耦合器置于增益光纤之后，这种方法导致功率被放大后的泵浦光通过光耦合器尾纤时产生拉曼等非线性效应，使得泵浦光谱变宽，由于一部分泵浦光参与了拉曼效应，因此等效于参与四波混频效应的泵浦光减少，影响了四波混频的转换效率，进而影响了CARS成像的效果。
技术实现思路
本专利技术是针对传统相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）成像光源存在的问题，提出了一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，改变了传统方法中将光耦合器置于增益光纤与参量转换介质之间的光路布局，将光耦合器置于增益光纤之前，使增益光纤与参量转换介质可以直接熔接，避免了在低重频高峰值功率泵浦光作用下，光耦合器尾纤产生有害的非线性效应，提高了参量转换效率，减小了频谱噪声，进而实现全光纤低重频的参量振荡器，所获得的光源符合用于探测鞘髓等稠密细胞的CARS信号的需求。本专利技术的技术方案为：一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，包括泵浦源、隔离器、以及由第一光耦合器，第二光耦合器、半导体激光器、增益光纤、参量转换介质、输出耦合器、固定延时线和可调延时线组成的参量振荡腔；泵浦源输出的泵浦光经隔离器和第一光耦合器进入参量振荡腔，半导体激光器接第二光耦合器的一个输入端，第一光耦合器接第二光耦合器的另一个输入端，第一光耦合器和第二光耦合器的合波进入增益光纤和参量转换介质，半导体激光器是增益光纤的泵浦源，使增益光纤粒子数反转，处于激发态，增益光纤将从第一光耦合器进入参量振荡腔的泵浦光功率放大，增益光纤输出光再进入与增益光纤直接熔接的参量转换介质，泵浦光在参量转换介质中发生四波混频效应，产生一束比泵浦光波长短的信号光，和一束比泵浦光波长长的闲频光，输出耦合器将参量转换介质输出光中一部分光直接输出，另一部分输出光作为反馈光依次通过固定延时线和可调光延时线返回第一光耦合器，形成一个参量振荡腔。所述第一光耦合器选择光纤结构的波分复用器，将泵浦源产生的激光和反馈光耦合进入参量振荡腔。所述第二光耦合器选择光纤结构的波分复用器或者合束器，将半导体激光器产生的半导体激光耦合进入增益光纤。所述将参量转换介质末端平切作为输出耦合器，一部分光从平切末端透射，一部分从平切末端反射回原路；被反射的光在增益光纤处被放大，再经第二光耦合器、第一光耦合器、可调光延时线和固定延时线末端，到固定延时线末端的光再次被反射回参量振荡腔。所述固定延时线与光纤光栅熔接，实现95%的光反射。所述反馈光路中的固定延时线采用单模光纤或保偏光纤，长度根据具体泵浦光重复频率计算求得，使反馈光与泵浦光到第一光耦合器时重合。本专利技术的有益效果在于：本专利技术用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，所有器件都采用光纤器件，并将所有器件通过光纤熔接起来，避免了空间光耦合，利于集成；采用低重频的泵浦源，提高了单脉冲能量，从而降低产生参量转换的阈值。另外，低重频的光源对生物细胞的损伤较低；光耦合器置于增益光纤之前，使增益光纤与参量转换介质可以直接熔接，避免了在低重频高峰值功率泵浦光下，光耦合器尾纤产生有害的非线性效应，提高了参量转换效率，减小频谱噪声；增益光纤对泵浦光功率有放大作用，使得更高功率的泵浦光进到参量转换介质参与四波混频过程，从而提高了参量转换效率；构建的参量转换腔不仅能实现信号光或闲频光的谐振，在精确控制色散及延时的条件下还可以实现泵浦光在参量振荡腔的谐振，从而提高输出功率。附图说明图1为本专利技术用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器原理图；图2为本专利技术与传统方法在参量转换介质前后的光谱图对比图；图3为本专利技术用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器实施例一结构示意图；图4为本专利技术用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器实施例二结构示意图；图5为本专利技术用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器实施例三结构示意图；图6为本专利技术用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器实施例四结构示意图。具体实施方式如图1所示一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器原理图，包括泵浦源1、隔离器2、以及由光耦合器3，光耦合器4、半导体激光器5、增益光纤6、参量转换介质7、输出耦合器8及固定延时线9和可调延时线10组成的参量振荡腔。泵浦源1输出端与隔离器2输入端相连接，隔离器2输出端连着光耦合器3输入端之一，光耦合器3接着与光耦合器4输入端之一相连接，光耦合器4的另一输入端连着半导体激光器5，光耦合器4的输出端与增益光纤6相连接，增益光纤6再与参量转换介质7相连接，参量转换介质7连着输出耦合器8，输出耦合器8有两个输出端，它的一端作为CARS成像光源输出端，另一端与固定延时线9相连接，固定延时线9再与可调延时线10相连接，可调延时线10再与光耦合器3的另一输入端相连接，形成反馈。由泵浦源1输出的泵浦光经隔离器2再经光耦合器3和光耦合器4的合波端进入增益光纤6和参量转换介质7。半导体激光器5是增益光纤6的泵浦源，使增益光纤6粒子数反转，处于激发态。增益光纤6将从光耦合器3进入参量振荡腔的泵浦光功率放大，由于增益光纤6之后直接与参量转换介质7熔接，避免了泵浦光在光耦合器尾纤发生非线性效应，使得所有泵浦光只参与四波混频效应，从而降低产生参量转换的阈值。泵浦光在参量转换介质7中发生四波混频效应，产生一束比泵浦光波长短的信号光，一束比泵浦光波长长的闲频光，泵浦光还和反馈的信号光在参量转换介质7中发生参量放大，从而获得CARS成像所需光源。输出耦合器8一端将部分光输出，另一端连着固定延时线9将部分光反馈，反馈光经可调延时线10再经光耦合器3返回参量振荡腔。图2为本专利技术a和传统b在参量转换介质前后的光谱图对比，图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，其特征在于，包括泵浦源、隔离器、以及由第一光耦合器，第二光耦合器、半导体激光器、增益光纤、参量转换介质、输出耦合器、固定延时线和可调延时线组成的参量振荡腔；泵浦源输出的泵浦光经隔离器和第一光耦合器进入参量振荡腔，半导体激光器接第二光耦合器的一个输入端，第一光耦合器接第二光耦合器的另一个输入端，第一光耦合器和第二光耦合器的合波进入增益光纤和参量转换介质，半导体激光器是增益光纤的泵浦源，使增益光纤粒子数反转，处于激发态，增益光纤将从第一光耦合器进入参量振荡腔的泵浦光功率放大，增益光纤输出光再进入与增益光纤直接熔接的参量转换介质，泵浦光在参量转换介质中发生四波混频效应，产生一束比泵浦光波长短的信号光，和一束比泵浦光波长长的闲频光，输出耦合器将参量转换介质输出光中一部分光直接输出，另一部分输出光作为反馈光依次通过固定延时线和可调光延时线返回第一光耦合器，形成一个参量振荡腔。

【技术特征摘要】
1.一种用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，其特征在于，包括泵浦源、隔离器、以及由第一光耦合器，第二光耦合器、半导体激光器、增益光纤、参量转换介质、输出耦合器、固定延时线和可调延时线组成的参量振荡腔；泵浦源输出的泵浦光经隔离器和第一光耦合器进入参量振荡腔，半导体激光器接第二光耦合器的一个输入端，第一光耦合器接第二光耦合器的另一个输入端，第一光耦合器和第二光耦合器的合波进入增益光纤和参量转换介质，半导体激光器是增益光纤的泵浦源，使增益光纤粒子数反转，处于激发态，增益光纤将从第一光耦合器进入参量振荡腔的泵浦光功率放大，增益光纤输出光再进入与增益光纤直接熔接的参量转换介质，泵浦光在参量转换介质中发生四波混频效应，产生一束比泵浦光波长短的信号光，和一束比泵浦光波长长的闲频光，输出耦合器将参量转换介质输出光中一部分光直接输出，另一部分输出光作为反馈光依次通过固定延时线和可调光延时线返回第一光耦合器，形成一个参量振荡腔。2.根据权利要求1所述用于受激拉曼散射的全光纤低重频参量振荡器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨康文，郑世凯，沈悦，李海，郝强，曾和平，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31