一种超连续谱产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超连续谱产生装置，它由高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器和光子晶体光纤组成。高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器由2个泵浦光源、2个合束器、2根增益光纤、滤波器、偏振无关隔离器、偏振控制器组成，第一泵浦源、第一合束器的泵浦输入臂、第一增益光纤、第一耦合器的输入臂a和输出臂b、滤波器、第二耦合器的输入臂b1和输出臂a1、偏振无关隔离器、第一合束器的信号输入臂连接形成单向环，第二耦合器的输出臂c1与光子晶体光纤连接；第一耦合器的输出臂c与第二合束器、第二增益光纤、偏振控制器和第一耦合器的输出臂d连接形成非线性放大环形镜。本发明专利技术无需放大器可将功率提升到数千瓦量级，能量损耗小，光纤长度小。

A Supercontinuous Spectrum Generator

The invention discloses a supercontinuum spectrum generating device, which is composed of a high peak power dissipative soliton resonance mode-locked laser and a photonic crystal fiber. The high peak power dissipative soliton resonance mode-locked laser consists of two pumping sources, two bundlers, two gain fibers, filters, polarization-independent isolators and polarization controllers. The first pumping source, the pump input arm of the first bundler, the first gain fiber, the input arm a and output arm B of the first coupler, filters, and the first polarization controller. The input arm B1 of the coupler and the output arm a1, the polarization-independent isolator and the signal input arm of the first combiner are connected to form a unidirectional loop, and the output arm C1 of the second coupler is connected to the photonic crystal fiber; the output arm C of the first coupler is connected to the output arm D of the second combiner, the second gain fiber, the polarization controller and the first coupler. The connection forms a non-linear amplifying ring mirror. The power can be raised to the order of thousands of Watts without an amplifier, and the energy loss is small, and the length of the optical fiber is small.

【技术实现步骤摘要】
一种超连续谱产生装置
本专利技术涉及一种超连续谱的产生装置，特别涉及一种不需要放大器可以直接产生光谱稳定超连续谱的产生装置。
技术介绍
超连续谱光源同时具有光谱宽、亮度高和空间相干性好等优点，因此在光学测量、分子光谱学、生物医学成像及光学生物组织蚀除等方面有着广泛的应用，是光源领域的研究热点之一。目前，超连续谱主要通过将脉冲激光输入到光子晶体光纤中进行非线性展宽的方式获得。由于超连续谱在光子晶体中非线性展宽的程度和脉冲峰值功率直接相关，为了得到光谱范围广且稳定性好的超连续谱光源，需要有高峰值功率且峰值功率稳定的脉冲激光器作泵浦源。脉冲光纤激光器输出的脉冲激光性能是由其锁模机制决定的。按照腔内脉冲演化方式分类，主要有传统孤子锁模、色散管理孤子锁模和耗散孤子锁模三种。耗散孤子共振(DissipativeSolitonResonance，简称DSR)锁模属于耗散孤子锁模的一种。在耗散孤子共振状态下，随着光纤色散和泵浦功率的提高，脉冲时域可以极大展宽，产生超大能量的矩形脉冲，不仅峰值功率高且达到峰值以后维持不变，所以DSR激光器有利于产生光谱稳定的超连续谱。但是现有的利用DSR激光器作为泵浦源搭建的超连续谱产生装置存在如下问题：需要先对DSR激光器经过单级或者多级放大器进行功率放大，使得输出的激光脉冲峰值功率达到数千瓦量级，再泵浦光子晶体光纤。如2018年1月22日发表在OPTICSEXPRESS(即光学快报)上的“Ultraviolet-enhancedsupercontinuumgenerationwithamode-lockedYb-dopedfiberlaseroperatingindissipative-soliton-resonanceregion”(作者：王楠；26卷2期)(利用掺镱锁模光纤激光器泵浦产生宽带超连续谱，称为
技术介绍
1)中公布的超连续谱产生装置，该超连续谱产生装置由泵浦放大种子脉冲激光器、放大器和光子晶体光纤组成。其中种子脉冲激光器利用等效可饱和吸收体中的非线性环形镜实现DSR锁模。放大器采用掺镱的主震荡放大器(masteroscillatorpoweramplifier，简称MOPA)。将重频4.5GHz，中心波长在1035nm，峰值功率830W的DSR脉冲激光通过一级放大之后输入到七芯光子晶体光纤中，得到光谱覆盖350nm～2400nm，功率6.86W的超连续谱激光输出。放大器搭建过程涉及多种器件之间以及器件和光纤之间的熔接，较为繁琐且成本很高；且采用泵浦放大种子脉冲激光器的方式对泵浦光源的利用率有限，常见的光-光效率仅为60％左右，电-光效率仅为50％左右，存在较大的能量损耗；根据所需放大值，还需改变放大器中的器件和光纤参数，使其与放大功率相匹配，否则在放大产生高峰值功率脉冲的过程容易造成放大器中的光隔离器和光纤等的击穿或烧毁，而修改放大器也是一项繁琐的工作，对激光器的使用者专业要求较高，难以普遍推广。因此，如何解决超连续谱产生装置的上述缺点是本领域研究人员极为关注的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对已有超连续谱产生装置的不足之处提出一种不需要放大器直接产生光谱稳定的超连续谱的装置。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术由高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器和光子晶体光纤组成，高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器的输出连接光子晶体光纤。高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器由第一泵浦源、第一合束器、第一增益光纤、滤波器、第二耦合器、偏振无关隔离器、第一耦合器、第二泵浦源、第二合束器、第二增益光纤、偏振控制器组成，各器件按如下顺序连接形成两个环路：第一泵浦源输出端通过无源光纤连接到第一合束器的泵浦输入臂，第一合束器的信号输入臂与偏振无关隔离器的输出端通过无源光纤连接，第一合束器的信号输出臂连接第一增益光纤一端。第一增益光纤另一端连接第一耦合器的输入臂a，第一耦合器的与输入臂a同侧的输出臂b通过无源光纤连接滤波器的输入端，滤波器的输出端通过无源光纤连接第二耦合器的输入臂b1，第二耦合器另一侧的输出臂a1通过无源光纤连接偏振无关隔离器输入端，第二耦合器与输入臂b1同侧的输出臂d1悬空，第二耦合器的与输出臂a1同侧的输出臂c1与光子晶体光纤一端连接。偏振无关隔离器的输出端连接第一合束器的信号输入臂。第一泵浦源、第一合束器的泵浦输入臂、第一增益光纤、第一耦合器的输入臂a、第一耦合器的输出臂b、滤波器、第二耦合器的输入臂b1、第二耦合器的输出臂a1、偏振无关隔离器、第一合束器的信号输入臂连接形成第一个闭合环路，称为单向环。第一耦合器的与输入臂a异侧的输出臂c与第二合束器、第二增益光纤、偏振控制器和第一耦合器的与输出臂c同侧的输出臂d连接形成第二个环路。第一耦合器的输出臂c通过无源光纤连接第二合束器的信号输入臂，同时第二泵浦源的输出端通过无源光纤连接第二合束器的泵浦输入臂，合束器的信号输出臂连接第二增益光纤一端，第二增益光纤的另一端连接偏振控制器，偏振控制器通过无源光纤连接第一耦合器的输出臂d。第二个环路称为非线性放大环形镜(NonlinearAmplifyingLoopMirror，简称为NALM)，是实现激光器锁模的结构。(上述器件均是通过各器件的尾纤相连，当尾纤长度不够时，用同种型号的无源光纤来增加长度。)单向环和NALM环共同组成高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器，是产生超连续谱的泵浦源。第一泵浦源和第二泵浦源中心波长可为915nm、920nm、940nm、960nm或者976nm，输出的最大功率大于等于16W。第一泵浦源和第二泵浦源的中心波长既可以相同，也可以不同，输出功率也是既可相同，也可以不同。第一泵浦源泵浦光通过泵浦臂传输到第一合束器，第二泵浦源将泵浦光通过泵浦臂传输给第二合束器。第一合束器和第二合束器均为包层泵浦合束器，信号输入臂和信号输出臂的中心波长均为1030nm。第一合束器的泵浦输入臂的中心波长与第一泵浦源的中心波长相等，第二合束器的中心波长与第二泵浦源的中心波长相等。第一合束器将从第一泵浦源接收的泵浦光和从偏振无关隔离器接收的信号光进行合束，将合束后的混合光耦合进第一增益光纤。第二合束器将从第二泵浦源接收的泵浦光和从第一耦合器接收的信号光进行合束，将合束后的混合光耦合进第二增益光纤。第一增益光纤和第二增益光纤为同种双包层掺镱光纤，经仿真和实验发现，第一增益光纤和第二增益光纤满足长度为1.5m-3m，纤芯直径相同且均大于10μm，包层数值孔径相同且大于等于0.46，1095nm吸收系数小于15dB/km，915nm吸收系数小于1.6dB/km，976nm吸收系数小于4.8dB/km时，放大效果最好。第一增益光纤和第二增益光纤的长度和吸收系数可以相同，也可以不同，符合上述范围即可。第一增益光纤从第一合束器中接收混合光，在其中泵浦光的作用下先激发信号光再进一步放大。第二增益光纤从第二合束器中接收混合光，在其中泵浦光的作用下先激发信号光再进一步放大。滤波器的中心波长与第一合束器的信号输入臂的中心波长相同，为1030nm，带宽为14-30nm。滤波器对从第一耦合器接收的信号光进行带通滤波，将信号光中心波长(1030nm)附近的信号发送给第二耦合器。偏振无关隔离器的中心波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超连续谱产生装置，其特征在于超连续谱产生装置由高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器和光子晶体光纤(12)组成，高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器的输出连接光子晶体光纤(12)，高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器由第一泵浦源(1)、第一合束器(2)、第一增益光纤(3)、滤波器(4)、第二耦合器(5)、偏振无关隔离器(6)、第一耦合器(7)、第二泵浦源(8)、第二合束器(9)、第二增益光纤(10)、偏振控制器(11)，各器件按如下顺序连接形成两个环路：第一泵浦源(1)输出端通过无源光纤连接到第一合束器(2)的泵浦输入臂，第一合束器(2)的信号输入臂与偏振无关隔离器(6)的输出端通过无源光纤连接，第一合束器(2)的信号输出臂连接第一增益光纤(3)一端；第一增益光纤(3)另一端连接第一耦合器(7)的输入臂a，第一耦合器(7)的与输入臂a同侧的输出臂b通过无源光纤连接滤波器(4)的输入端，滤波器(4)的输出端通过无源光纤连接第二耦合器(5)的输入臂b1，第二耦合器(5)另一侧的输出臂a1通过无源光纤连接偏振无关隔离器(6)输入端，第二耦合器(5)与输入臂b1同侧的输出臂d1悬空，第二耦合器(5)的与输出臂a1同侧的输出臂c1与光子晶体光纤(12)一端连接；第二耦合器(5)的与输出臂a1同侧的输出臂c1是整个高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器的输出臂；偏振无关隔离器(6)的输出端连接第一合束器(2)的信号输入臂；第一泵浦源(1)、第一合束器(2)的泵浦输入臂、第一增益光纤(3)、第一耦合器(7)的输入臂a、第一耦合器(7)的输出臂b、滤波器(4)、第二耦合器(5)的输入臂b1、第二耦合器(5)的输出臂a1、偏振无关隔离器(6)、第一合束器(2)的信号输入臂连接形成第一个闭合环路，称为单向环；第一耦合器(7)的与输入臂a异侧的输出臂c与第二合束器(9)、第二增益光纤(10)、偏振控制器(11)和第一耦合器(7)的与输出臂c同侧的输出臂d连接形成第二个环路；第一耦合器(7)的输出臂c通过无源光纤连接第二合束器(9)的信号输入臂，同时第二泵浦源(8)的输出端通过无源光纤连接第二合束器(9)的泵浦输入臂，第二合束器(9)的信号输出臂连接第二增益光纤(10)一端，第二增益光纤(10)的另一端连接偏振控制器(11)，偏振控制器(11)通过无源光纤连接第一耦合器(7)的输出臂d；第二个环路称为非线性放大环形镜NALM，是实现激光器锁模的结构；上述器件均是通过各器件的尾纤相连，当尾纤长度不够时，用同种型号的无源光纤来增加长度；第一泵浦源(1)泵浦光通过泵浦臂传输到第一合束器(2)，第二泵浦源(8)将泵浦光通过泵浦臂传输给第二合束器(9)；第一合束器(2)和第二合束器(9)均为包层泵浦合束器，第一合束器(2)的泵浦输入臂的中心波长与第一泵浦源(1)的中心波长相等，第二合束器(9)的中心波长与第二泵浦源(8)的中心波长相等；第一合束器(2)将从第一泵浦源(1)接收的泵浦光和从偏振无关隔离器(6)接收的信号光进行合束，将合束后的混合光耦合进第一增益光纤(3)；第二合束器(9)将从第二泵浦源(8)接收的泵浦光和从第一耦合器(7)接收的信号光进行合束，将合束后的混合光耦合进第二增益光纤(10)；第一增益光纤(3)和第二增益光纤(10)为同种双包层掺镱光纤，纤芯直径相同且均大于10μm；第一增益光纤(3)从第一合束器(2)中接收混合光，在其中泵浦光的作用下先激发信号光，再将信号光进一步放大；第二增益光纤(10)从第二合束器(9)中接收混合光，在其中泵浦光的作用下先激发信号光再进一步放大；滤波器(4)中心波长与第一合束器(2)的信号输入臂的中心波长相同，滤波器(4)对从第一耦合器(7)接收的信号光进行带通滤波，将信号光中心波长附近的信号发送给第二耦合器(5)；偏振无关隔离器(6)的中心波长与滤波器(4)中心波长相同，接收从第二耦合器(5)输出臂a1传输的顺时针方向信号光，对从第一合束器(2)中传输的逆时针方向光隔离，保证信号光在单向环内的单向传输；第一耦合器(7)、第二耦合器(5)的中心波长与偏振无关隔离器(6)的中心波长相同，第一耦合器(7)连接单向环和NALM，从单向环a臂输入的信号光按照耦合比分光到两个臂c、d，在NALM中进行顺时针和逆时针双向传输；从NALM输出的信号光通过第一耦合器(7)的输出臂b重回单向环，通过滤波器(4)滤波后，信号光按第二耦合器(5)的耦合比中大比例部分从第二耦合器(5)的输出臂c1输出；偏振控制器(11)安装在从第二增益光纤(10)传输出的无源光纤上，对光纤中传输的信号光施加应力，调节信号光偏振状态，实现脉冲锁模；无源光纤及第一泵浦源(1)、第二泵浦源(8)、第一合束器(2)、第二合束器(9)、滤波器(4)、第二耦合器(5)、第一耦合...

【技术特征摘要】
1.一种超连续谱产生装置，其特征在于超连续谱产生装置由高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器和光子晶体光纤(12)组成，高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器的输出连接光子晶体光纤(12)，高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器由第一泵浦源(1)、第一合束器(2)、第一增益光纤(3)、滤波器(4)、第二耦合器(5)、偏振无关隔离器(6)、第一耦合器(7)、第二泵浦源(8)、第二合束器(9)、第二增益光纤(10)、偏振控制器(11)，各器件按如下顺序连接形成两个环路：第一泵浦源(1)输出端通过无源光纤连接到第一合束器(2)的泵浦输入臂，第一合束器(2)的信号输入臂与偏振无关隔离器(6)的输出端通过无源光纤连接，第一合束器(2)的信号输出臂连接第一增益光纤(3)一端；第一增益光纤(3)另一端连接第一耦合器(7)的输入臂a，第一耦合器(7)的与输入臂a同侧的输出臂b通过无源光纤连接滤波器(4)的输入端，滤波器(4)的输出端通过无源光纤连接第二耦合器(5)的输入臂b1，第二耦合器(5)另一侧的输出臂a1通过无源光纤连接偏振无关隔离器(6)输入端，第二耦合器(5)与输入臂b1同侧的输出臂d1悬空，第二耦合器(5)的与输出臂a1同侧的输出臂c1与光子晶体光纤(12)一端连接；第二耦合器(5)的与输出臂a1同侧的输出臂c1是整个高峰值功率耗散孤子共振锁模激光器的输出臂；偏振无关隔离器(6)的输出端连接第一合束器(2)的信号输入臂；第一泵浦源(1)、第一合束器(2)的泵浦输入臂、第一增益光纤(3)、第一耦合器(7)的输入臂a、第一耦合器(7)的输出臂b、滤波器(4)、第二耦合器(5)的输入臂b1、第二耦合器(5)的输出臂a1、偏振无关隔离器(6)、第一合束器(2)的信号输入臂连接形成第一个闭合环路，称为单向环；第一耦合器(7)的与输入臂a异侧的输出臂c与第二合束器(9)、第二增益光纤(10)、偏振控制器(11)和第一耦合器(7)的与输出臂c同侧的输出臂d连接形成第二个环路；第一耦合器(7)的输出臂c通过无源光纤连接第二合束器(9)的信号输入臂，同时第二泵浦源(8)的输出端通过无源光纤连接第二合束器(9)的泵浦输入臂，第二合束器(9)的信号输出臂连接第二增益光纤(10)一端，第二增益光纤(10)的另一端连接偏振控制器(11)，偏振控制器(11)通过无源光纤连接第一耦合器(7)的输出臂d；第二个环路称为非线性放大环形镜NALM，是实现激光器锁模的结构；上述器件均是通过各器件的尾纤相连，当尾纤长度不够时，用同种型号的无源光纤来增加长度；第一泵浦源(1)泵浦光通过泵浦臂传输到第一合束器(2)，第二泵浦源(8)将泵浦光通过泵浦臂传输给第二合束器(9)；第一合束器(2)和第二合束器(9)均为包层泵浦合束器，第一合束器(2)的泵浦输入臂的中心波长与第一泵浦源(1)的中心波长相等，第二合束器(9)的中心波长与第二泵浦源(8)的中心波长相等；第一合束器(2)将从第一泵浦源(1)接收的泵浦光和从偏振无关隔离器(6)接收的信号光进行合束，将合束后的混合光耦合进第一增益光纤(3)；第二合束器(9)将从第二泵浦源(8)接收的泵浦光和从第一耦合器(7)接收的信号光进行合束，将合束后的混合光耦合进第二增益光纤(10)；第一增益光纤(3)和第二增益光纤(10)为同种双包层掺镱光纤，纤芯直径相同且均大于10μm；第一增益光纤(3)从第一合束器(2)中接收混合光，在其中泵浦光的作用下先激发信号光，再将信号光进一步放大；第二增益光纤(10)从第二合束器(9)中接收混合光，在其中泵浦光的作用下先激发信号光再进一步放大；滤波器(4)中心波长与第一合束器(2)的信号输入臂的中心波长相同，滤波器(4)对从第一耦合器(7)接收的信号光进行带通滤波，将信号光中心波长附近的信号发送给第二耦合器(5)；偏振无...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荷，陈胜平，蔡君豪，侯静，姜宗福，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43