一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源制造技术

本发明专利技术提供一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，包括全保偏的主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器，所述从激光器中设有增益光纤，所述光放大器把主激光器输出的脉冲激光放大后输出至分束器，所述分束器把放大后的脉冲激光分成多束，其中一束脉冲激光直接输出，其余的脉冲激光分别输入至各个从激光器中，利用从激光器中的增益光纤发生非线性效应，各个从激光器发生非线性效应后输出的脉冲激光经过延时后依次合束得到合束光，所述合束光与主激光器直接输出的一束脉冲激光合束后输出，其中，主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器之间采用全保偏的光纤光路连接，从而获得高精度、高稳定的同步多通道超短脉冲。

【技术实现步骤摘要】
一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源
本专利技术涉及超快光学和激光
，具体涉及一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源。
技术介绍
相干反斯托克斯拉曼散射技术，能够根据不同物质分子的振转能级差异，实现无侵入、非标记的探测，被广泛用于生物医学成像、燃烧场分析、药代动力学、疾病检测和早期预防等领域。传统的相干反斯托克斯拉曼散射光源严重依赖于钛宝石和固体光参量振荡器，只能输出针对单个振转能级的双色同步超短脉冲激光。固体光源系统复杂、体积庞大、环境干扰敏感，需要恒温恒湿的光学超净环境才能正常运转，这就大大限制了相干反斯托克斯拉曼散射技术从实验室走向临床医学的可能性。另外，传统的相干反斯托克斯光源仅能针对特定的某个振转能级，产生两个波长的双色超短脉冲，而生物医学成像等应用中，为了同时观测组织或者细胞内部的脂肪、蛋白质、核酸的含量及演化过程，迫切需要对多个振转能级进行同时检测。光纤激光器体积小、重量轻、抗环境干扰能力强，在很多场合已逐步取代固体光源，应用于众多工业加工和国防应用领域。尤其是保偏光纤光源的发展，将光纤自身温度、应力的双折射效应通过折射率调制的方法加以抵消，极大提高了光纤光源在复杂环境中的稳定性。受益于光纤激光的这些优点，采用光纤激光实现双色同步超短脉冲，有望将相干反斯托克斯拉曼散射从实验室推向临床应用。目前，基于光纤激光，常用的产生双色同步超短脉冲的方法主要基于光子晶体光纤，利用光子晶体光纤的高非线性效应，实现激光波长的转换，例如，可以采用四波混频、孤子自频移、超连续谱等方式，但是，这些方式有局限性。四波混频的转换效率较低，即使通过反馈放大的方式，也只能达到5％左右的参量转换效率；孤子自频移必须是在负折射率的介质中才能发生，导致产生的激光波长被限制在1250nm以上；超连续谱的方式虽然能获得宽带的光谱，但每个光谱成分的功率密度较低，对探测提出更多的要求，另外，超连续谱展宽过程中，各种非线性效应彼此竞争，导致光谱相干性受到影响，不利于相干探测。鉴于全保偏多通道同步激光器在相干反斯托克斯拉曼散射成像方面的巨大应用前景，以及现阶段光纤激光和频率转换技术在稳定性、转换效率、功率谱密度方面的局限性，发展能够自启动长期运行、具备高稳定性能、实现多通道同步超短脉冲输出的全保偏光纤激光器已成为当前亟待突破的技术难点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，其结构紧凑、性能稳定、保偏输出、长期可靠、波长丰富、能同时激发多个振转能级。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，包括全保偏的主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器，所述从激光器中设有增益光纤，所述光放大器把主激光器输出的脉冲激光放大后输出至分束器，所述分束器把放大后的脉冲激光分成多束，其中一束脉冲激光直接输出，其余的脉冲激光分别输入至各个从激光器中，利用从激光器中的增益光纤发生非线性效应，各个从激光器发生非线性效应后输出的脉冲激光经过延时后依次合束得到合束光，所述合束光与主激光器直接输出的一束脉冲激光合束后输出，其中，主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器之间采用全保偏的光纤光路连接。该全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，通过注入式同步方式，依赖多色超短脉冲之间的非线性超快调制作用，获得高精度、高稳定的同步多通道超短脉冲。全光纤光路的设计，保证多通道激光传输和相互作用均被束缚在光纤中进行，避免了由空间对准、镜片反射引起的光路偏移，也有助于整个光源系统体积做的更小，更适应临床医学检测仪器的需要。所述主激光器、光放大器、分束器、从激光器和全光纤光路采用全保偏的光纤和器件，从而能极大提高光源对于环境温度、机械震动的抗干扰能力，并输出高对比度的偏振激光。主激光器发出的脉冲激光注入到从激光器，在增益光纤当中发生非线性效应，实现超快调制作用，将从激光器的运行状态强制固定在主激光器的重复频率状态上，比起传统的电子同步方式，精度更高。本专利技术技术方案的核心机制具体来讲是借助增益光纤，将多色脉冲之间的相位调制转换为强度调制，相当于主激光器“带动”从激光器进行锁模，主激光器的注入脉冲激光通过非线性效应，参与到从激光器的锁模过程当中，实现同步的多色超短脉冲输出。在此过程中，环境变化对两个激光器引起的微小扰动，会在两个激光器的脉冲上引入不同的相位调制，由于非线性效应和色散效应的相互作用，能对多色同步脉冲的锁模进行不同程度的影响，进而对双色脉冲的中心波长进行适当调节，最终通过群速度的变化，补偿环境变化的干扰，实现同步状态的自恢复和自稳定。此外，光纤的非线性效应是一种超快现象，响应时间在皮秒、甚至飞秒量级，这种高速调制和反馈机制能对环境干扰中的高频噪声成分进行有效补偿，提高同步精度。在本专利技术技术方案中，主从激光器是通过一段增益光纤来发生超快非线性超快调制作用的，这段增益光纤置于从激光器当中，相对于传统的主从激光器均共用同一段增益光纤的方式来说，主激光器的运行方式不会随着这段相互作用光纤的状态而发生变化，有利于提高主激光器的长期稳定性。从激光器的锁模状态与主激光器注入脉冲的功率、脉宽等参数密切相关，主激光器的长期稳定是该多通道激光系统长期稳定的必要条件。因此，本专利技术提出的这种仅在从激光器中发生非线性超快调制作用的方式，有利于提高系统的长期稳定性。本专利技术技术方案中，主从激光器腔内各有一段增益光纤，分别用于主从激光器的锁模，可以通过灵活选择增益光纤类型(如掺镱、掺饵、掺铥、掺钬等元素的光纤)、增益光纤长度、增益光纤掺杂浓度，实现不同波长、不同增益系数、不同输出功率的多色同步激光。同时，非共用增益光纤的结构，还能抑制增益窄化、放大的自发辐射、增益竞争等不利的非线性效应，提高输出功率的稳定度。本专利技术采用的技术方案，能够灵活的与现阶段成熟的光纤激光振荡、放大和合成的技术结合，实现多波长、多通道、高功率、高精度的同步光源，尤其适合高分辨的拉曼光谱分析和光谱成像。通过多个从激光器输出多个波长的方案，能够保证每一个待测的拉曼能级都由独立的从激光器负责激发，避免了某一个从激光器输出状态异常对整个系统的影响。通过在每个从激光器中加入延时控制，能够精确操纵每个从激光器波长与主激光器波长的时域延时，可以拓展到时分复用的方式，使得每一个波长在特定的时刻和待测样品相互作用，采用这种方式，能够实现不同振转能级的分时探测，有助于研究药代动力学、新陈代谢过程等。优选地，包括多个波分复用器，所述脉冲激光通过波分复用器进行合束。优选地，所述从激光器的输出端接有光延时器，从激光器输出的脉冲激光经过光延时器后延时。优选地，所述主激光器为锁模脉冲光纤激光器，其锁模方式是主动锁模和被动锁模中的任一种。优选地，所述从激光器为锁模脉冲光纤激光器，其锁模方式是被动锁模。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术采用全保偏的结构，无论是主从激光器，分束合束装置，还是同步控制模块，都受益于保偏光纤的偏振态稳定，实现多通道同步激光的稳定输出，对外界环境温度变化、震动干扰均不敏感，抗干扰能力强，实用性好。2、本专利技术采用多个从激光器，通过主激光器注入式的同步方式，实现多波长多通道的同步光源输出，能够根据生物医学成像的需求，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，其特征在于：包括全保偏的主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器，所述从激光器中设有增益光纤，所述光放大器把主激光器输出的脉冲激光放大后输出至分束器，所述分束器把放大后的脉冲激光分成多束，其中一束脉冲激光直接输出，其余的脉冲激光分别输入至各个从激光器中，利用从激光器中的增益光纤发生非线性效应，各个从激光器发生非线性效应后输出的脉冲激光经过延时后依次合束得到合束光，所述合束光与主激光器直接输出的一束脉冲激光合束后输出，其中，主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器之间采用全保偏的光纤光路连接。

【技术特征摘要】
1.一种全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，其特征在于：包括全保偏的主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器，所述从激光器中设有增益光纤，所述光放大器把主激光器输出的脉冲激光放大后输出至分束器，所述分束器把放大后的脉冲激光分成多束，其中一束脉冲激光直接输出，其余的脉冲激光分别输入至各个从激光器中，利用从激光器中的增益光纤发生非线性效应，各个从激光器发生非线性效应后输出的脉冲激光经过延时后依次合束得到合束光，所述合束光与主激光器直接输出的一束脉冲激光合束后输出，其中，主激光器、光放大器、分束器和多个从激光器之间采用全保偏的光纤光路连接。2.根据权利要求1所述的全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，其特征在于：包括多个波分复用器，所述脉冲激光通过波分复用器进行合束。3.根据权利要求1所述的全保偏的多通道相干反斯托克斯拉曼散射光纤光源，其特征在于：所述从激光器的输出端接有光延时器，从激光器输出的脉冲激光经过光延时器后延...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，杨康文，
申请(专利权)人：广东朗研科技有限公司，上海朗研光电科技有限公司，华东师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44