用于生成具有限定大致上连续的超连续谱的波长的光子束的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种生成装置(DG)，其包括：至少一个脉冲激光源(SL)，其以单一空间模式和以具有高泵浦能量的脉冲输送具有至少一个波长的初级光子；形成装置(MM)，其作用在所述初级光子上以输送输入光束(FE)，以及具有至少十种模式的至少一根光纤(FO)，泵浦能量最初分布在这些模式之间，并且在通过从处于所述基本模式中的初级光子的波长的波长转换生成各种波长的次级光子之前，所述光纤(FO)能够经由非线性效应将所述泵浦能量重新定位到所述基本模式中。

A device for generating photon beams with a wavelength that defines a substantially continuous supercontinuum spectrum

The invention relates to a generating device (DG), which comprises at least one pulsed laser source (SL), which transmits primary photons with at least one wavelength in a single spatial mode and in a pulse with high pumping energy, a forming device (MM), which acts on the primary photons to transport an input beam (FE), and at least one optical fiber (FO) with at least ten modes, with the highest pumping energy. The optical fiber (FO) can reposition the pumping energy into the basic mode through a non-linear effect before the secondary photons of various wavelengths are generated from the wavelength conversion of the primary photon in the basic mode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成具有限定大致上连续的超连续谱的波长的光子束的装置
本专利技术涉及负责生成多色光子束的装置以及使用这种装置的分析系统。
技术介绍
如本领域技术人员所知，在某些领域中，使用输送具有在大光谱宽度(通常为几十纳米至几百纳米)上大致上连续分布的波长的光子束的激光源。在样品(可能是医疗样品)的分析领域中情况尤其如此。这些多色源(其通常被称为连续谱)通常由涉及非线性效应的光-物质相互作用产生。多色源通常包括至少一个输送具有“初级”波长的“初级”光子的脉冲激光源以及微结构的光纤，以便从初级光子生产包含具有若干“次级”波长的次级光子(一起形成超连续谱)的输出光束。非线性微结构光纤通常由二氧化硅制成并且包括旨在限制光功率的微结构以便增加光-物质相互作用并且因此改善初级波长到许多次级波长的转换。举例来说，这些微结构可以形成Bragg光栅，该Bragg光栅横向于光纤中光的传播方向并且能够改变通过光所见的色散关系。利用这种类型的光源，即采用一个或多个微结构光纤的光源，有可能获得具有从近紫外线(或UV)(约350nm)到中红外线(通常5μm)范围的光谱宽度的稳定发射。由二氧化硅制成的微结构光纤的性能例如限制于超过约2.4μm的红外线。不幸的是，这些微结构光纤的芯具有较小的直径。因此，当能量被高度限制到微结构光纤时，非常快地达到该微结构光纤的芯材料损坏的阈值，并且因此采用该微结构光纤的光源不能输送高输出能量。此外，当这些微结构光纤以正常色散机制泵浦时，这通过受激拉曼效应引起转换光谱的不连续生成，并且因此采用所述微结构光纤的光源不能被认为是真正的连续谱。作为结果，由于发射的辐射的光谱不连续性，这些光源不能用于某些应用中，例如多重相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微光谱。将回想到，多重CARS显微光谱特别用于成像和光谱学领域以识别和定位样品内或开放空间中的特定化学物质。当希望生成具有非常高的能量的超连续谱时，必须使用具有明显大于单模或准单模微结构光纤的芯直径的光纤。为此，可以使用多模光纤。后一种类型的光纤允许引导更高的能量，但是由于其较大的芯宽度而不具有极大地改变引导色散的能力。辐射输出在多个模式之间均匀分布，这极大地降低了输出辐射的亮度。通过特别是拉曼效应和参量过程的混合，可以在光纤中产生超连续谱。由于拉曼效应和色散机制，在高于初级(或泵浦)波长的波长处生成超连续谱的次级光子，这使得难以在低于泵浦波的波谱域中生成次级波长。对于位于正常色散机制中的激发波长，由于拉曼增益的非连续分布，超连续谱的波长以包的形式生成，这阻止了实现真正的光谱连续性。除了由拉曼转换引起的部分模态滤波，输出辐射还以许多模式获得，这降低了光源的亮度和空间相干性。
技术实现思路
本专利技术的目的具体是为了改善就亮度和光谱连续性而言的情况。具体地，为此本专利技术提供了一种旨在生成多色光子束的装置，并且该装置包括：能够在单一空间模式中输送具有至少一个波长的初级光子的至少一个脉冲激光源，能够作用在初级光子上以输送输入光束的形成装置，以及布置成从输入光束产生包含具有多个波长的次级光子的多色输出光束的至少一根光纤。该生成装置的特征在于：-其脉冲激光源能够以具有高泵浦能量的脉冲输送初级光子，以及-每根光纤至少有十种模式，其中一种被称为基本模式，并且初级光子的泵浦能量最初分布在这些模式之间，并且在通过从基本模式中的初级光子的波长的波长转换生成各种波长的次级光子之前，所述光纤能够经由非线性效应将该泵浦能量重新定位到基本模式。因此，通过使用由高能量脉冲泵浦的非常多模的光纤，有利地可以在基本模式中以及在可见光和红外域中获得具有连续光谱的高空间相干光子超连续谱。根据本专利技术的装置可以包括可以单独或组合实现的其它特征，并且具体地：-初级光子的泵浦能量的重新定位可以通过至少一个参数来控制，该参数选自(至少)对光纤的能量的耦合的修改、光纤的芯的折射率变化分布以及输入光束的偏振；其形成装置可以被布置成作用在初级光子上使得输入光束稍微发散地耦合到光纤的芯；其形成装置可以被布置成作用在初级光子上使得输入光束可以具有线性或椭圆偏振；其/每根光纤可以包括具有折射率变化分布的芯，所述折射率变化分布选自(至少)包括抛物线分布、高斯分布、超高斯分布、三角形分布、洛伦兹分布、多凸角分布、方形双曲正割分布和矩形分布的组合；-波长转换可以选自(至少)通过自相位调制的转换、通过交叉相位调制的转换、通过拉曼效应的转换、通过孤子效应的收敛和通过参量混合的转换；-其/每根光纤可以掺杂有离子。在这种情况下，其还可以包括能够向所述/每根光纤中注射辅助光子的辅助激光源，所述辅助光子旨在与所述离子相互作用以便引起向次级光子的转换的增加。-其/每根光纤可以具有纵向周期性标记，该纵向周期性标记能够引起初级光子的泵浦能量的重新定位的改善；-其/每根光纤可以具有绝热锥；-其/每根光纤可以是所谓的“保偏”光纤；-其/每根光纤可以具有选自(至少)圆形几何形状、矩形几何形状和六边形几何形状的横断几何形状；-其/每根光纤可以受到机械应力以促进初级光子的泵浦能量的重新定位；-其/每根光纤可以具有至少20种模式；-其可以包括多根(至少两根)光纤；-其脉冲激光源可能能够以具有包括在几百纳秒至几十纳秒之间的持续时间的脉冲输送初级光子；-其可以包括谐振腔，该谐振腔一方面包括能够接收输入光束的半反射入射镜，并且该/每根光纤的入口被紧固到该半反射入射镜，并且该谐振腔另一方面包括能够输送输出光束的半反射出射镜；-初级光子的泵浦能量经由非线性效应的重新定位可以有利地执行到高模式(LP11模式或更高的模式)中。本专利技术还提供了一种用于分析样品的系统，该系统包括至少一个上述类型的生成装置并且能够输送用于分析样品的多色输出光束。例如，这种系统可能能够通过多重相干反斯托克斯拉曼散射(或CARS)进行对样品的分析。还例如，这种系统可能能够通过线性荧光和非线性荧光进行对样品的分析。附图说明通过研究下面的详细描述和附图，本专利技术的其它特征和优点将变得显而易见，其中：-图1示意性地和功能性地示出了根据本专利技术的生成装置的第一示例实施例；-图2以曲线图示意性地示出了根据本专利技术的生成装置的入射光束的功率(P，以dB为单位)随着波长(λ，以nm为单位)而变化的示例；-图3以曲线图示意性地示出了根据本专利技术的生成装置的输出光束的功率(P，以dB为单位)随着波长(λ，以nm为单位)而变化的示例，该生成装置具有作为输入光束的光束，其变化模式如图2中所示；-图4示意性地和功能性地示出了根据本专利技术的生成装置的第二示例实施例；-图5示意性地和功能性地示出了根据本专利技术的生成装置的第三示例实施例；-图6A和图6B分别示意性地示出了输入光束聚焦和散焦到光纤芯中的示例；以及-图7示意性地示出了输入光束的两种类型的净化的结果。具体实施方式本专利技术的目的具体是提供一种旨在生成高亮度的准单模输出光束FS的装置DG，其中光子具有限定大致上连续的(超)连续谱的波长。在下文中，生成装置DG将以非限制性示例的方式被认为旨在形成用于分析样品(可选地为医疗类型)的系统的一部分。然而，本专利技术不限于该类型的系统。特别地，本专利技术涉及包括能够生成多色光子束的至少一个装置所需的任何系统。此外，在下文中，以非限制性示例的方式，分析系统被认本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成多色光子束的装置(DG)，所述装置(DG)包括：至少一个脉冲激光源(SL)，其能够以单一空间模式输送具有至少一个波长的初级光子；形成装置(MM)，其能够作用在所述初级光子上以输送输入光束(FE)；以及至少一根光纤(FO)，其被布置成从所述输入光束(FE)产生包含具有多个波长的次级光子的多色输出光束(FS)，所述装置(DG)的特征在于，所述脉冲激光源(SL)能够以具有高泵浦能量的脉冲输送所述初级光子，并且所述光纤(FO)具有至少十种模式，所述模式中的一种被称为基本模式，并且所述初级光子的泵浦能量最初分布在这些模式之间，并且在通过从处于所述基本模式中的初级光子的所述波长的波长转换生成各种波长的所述次级光子之前，所述光纤(FO)能够经由非线性效应将所述能量重新定位到所述基本模式中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.13 FR 16/532521.一种用于生成多色光子束的装置(DG)，所述装置(DG)包括：至少一个脉冲激光源(SL)，其能够以单一空间模式输送具有至少一个波长的初级光子；形成装置(MM)，其能够作用在所述初级光子上以输送输入光束(FE)；以及至少一根光纤(FO)，其被布置成从所述输入光束(FE)产生包含具有多个波长的次级光子的多色输出光束(FS)，所述装置(DG)的特征在于，所述脉冲激光源(SL)能够以具有高泵浦能量的脉冲输送所述初级光子，并且所述光纤(FO)具有至少十种模式，所述模式中的一种被称为基本模式，并且所述初级光子的泵浦能量最初分布在这些模式之间，并且在通过从处于所述基本模式中的初级光子的所述波长的波长转换生成各种波长的所述次级光子之前，所述光纤(FO)能够经由非线性效应将所述能量重新定位到所述基本模式中。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述初级光子的泵浦能量的重新定位由至少一个参数控制，所述至少一个参数选自包括对所述光纤(FO)的能量耦合的修改、所述光纤(FO)的芯的折射率变化分布以及所述入射光束(FE)的偏振的组合。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述形成装置(MM)被布置成作用在所述初级光子上使得所述输入光束(FE)发散地耦合到所述光纤(FO)的芯。4.根据权利要求2和3中任一项所述的装置，其特征在于，所述形成装置(MM)被布置成作用在所述初级光子上使得所述输入光束(FE)具有线性或椭圆偏振。5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述光纤(FO)包括具有折射率变化分布的芯，所述折射率变化分布选自包括抛物线分布、高斯分布、超高斯分布、三角形分布、洛伦兹分布、多凸角分布、方形双曲线正割分布和矩形分布的组合。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述波长转换选自包括通过自相位调制的转换、通过交叉相位调制的转换、通过拉曼效应的转换、通过孤子效应的收敛和通过参量混合的转换的组合。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述光纤(FO)掺杂有离子，并且所述装置包括能够向所述光纤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·克鲁帕，B·沙拉比，A·托内洛，V·库代尔，
申请(专利权)人：国立科学研究中心，利摩日大学，
类型：发明
国别省市：法国,FR