一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法，该装置包括超短脉冲激光器(1)、电控可调光衰减器(2)、信号发生器(3)、扩束镜(4)、光纤耦合镜(5)、高非线性光子晶体光纤(6)、多模光纤(7)、电控光纤伸缩平台(8)和单模光纤(9)；该装置利用基于飞秒脉冲在高非线性光子晶体光纤中传输时的孤子自频移效应产生波长可大范围连续调谐的光孤子，使用多模

【技术实现步骤摘要】
一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法


[0001]本专利技术涉及非线性光学和光纤光学领域，特别涉及一种窄线宽超短脉冲产生装置和方法。

技术介绍

[0002]随着光学技术的不断发展，超短脉冲(脉宽小于100ps)自出现以来，便由于其特有的高瞬时功率、低持续时间、低平均功率等优点而在非线性光学、生物医学、拉曼检测以及激光加工等领域取得重要应用。然而，传统钛宝石飞秒激光器波长调谐范围较小，仅有几十纳米，限制了超短脉冲的广泛应用。例如，在相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术中，为了检测3000cm-1
以上的拉曼共振峰，需要超短脉冲的波长调谐范围在300nm以上，并且要求超短脉冲波长可以在如此大范围内连续调谐以实现拉曼共振谱的完整检测。此外，为了实现CARS中拉曼共振谱的高分辨率检测，需要使用窄线宽的超短脉冲作为泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲。所以，窄线宽、波长大范围调谐的超短脉冲在CARS中具有重要的应用价值，从而成为人们的研究热点。

技术实现思路

[0003]为克服现有窄线宽超短脉冲波长调谐范围小的问题，本专利技术提出了一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法，基于飞秒脉冲在高非线性光子晶体光纤中传输时的孤子自频移效应产生波长可以大范围连续调谐的光孤子，使用多模-单模光纤级联结构实现基于自成像效应的孤子光谱压缩，从而实现系统的波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲输出。
[0004]本专利技术提出的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置，包括超短脉冲激光器1、电控可调光衰减器2、信号发生器3、扩束镜4、光纤耦合镜5、高非线性光子晶体光纤6、多模光纤7、电控光纤伸缩平台8和单模光纤9，所述超短脉冲激光器1、所述电控可调光衰减器2、所述扩束镜4、所述光纤耦合镜5、所述高非线性光子晶体光纤6、所述多模光纤7、和所述单模光纤9依序连接，所述多模光纤7至于所述电控光纤伸缩平台8上，并可以随所述电控光纤伸缩平台8的伸缩变化而改变光纤长度，所述信号发生器3跨接所述电控可调光衰减器2和所述电控光纤伸缩平台8，其中：
[0005]所述超短脉冲激光器1输出单频飞秒脉冲，经所述电控可调光衰减器2传输后入射至所述扩束镜4，所述电控可调光衰减器2由所述信号发生器3输出的电信号进行控制，从而实现入射至所述扩束镜4的飞秒脉冲光功率的连续调节；
[0006]所述扩束镜4输出的飞秒脉冲经所述光纤耦合镜5进入所述高非线性光子晶体光纤6；飞秒脉冲在所述高非线性光子晶体光纤6中传输时发生孤子自频移效应，产生波长向长波长方向移动的光孤子，并且其波长偏移量随入射飞秒脉冲光功率的增加而增加；所述高非线性光子晶体光纤6将光孤子输出至所述多模光纤7；所述多模光纤7中的一段固定于所述电控光纤伸缩平台8上，所述信号发生器3通过电信号调节所述电控光纤伸缩平台8，进
而改变固定于所述电控光纤伸缩平台8上的多模光纤7长度；所述多模光纤7将光束输出至单模光纤9；经单模光纤9输出的光束即为波长可大范围调谐的窄线宽超短脉冲。
[0007]本专利技术提出的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生方法，主要包括如下步骤：
[0008]第一步：超短脉冲激光器输出的单频飞秒脉冲入射至电控可调光衰减器，电控可调光衰减器通过外部电信号连续调节输出的飞秒脉冲的光功率，其中用于调节的外部电信号由信号发生器产生；
[0009]第二步：经电控可调光衰减器输出的功率可变飞秒脉冲经扩束镜扩束输出、入射至光纤耦合镜，飞秒脉冲经光纤耦合镜实现光束的会聚并耦合进高非线性光子晶体光纤；扩束镜进行空间传输的飞秒脉冲光束直径扩大，使其充满光纤耦合镜的入射光瞳，从而实现经光纤耦合镜聚焦的飞秒脉冲高效耦合至高非线性光子晶体光纤；
[0010]第三步：飞秒脉冲在高非线性光子晶体光纤中传输时，产生波长向长波长方向移动的光孤子，光孤子的波长随入射至高非线性光子晶体光纤的飞秒脉冲光功率的增加而增加；且高非线性光子晶体光纤反常色散区的波长范围决定了超短脉冲波长调谐范围；
[0011]第四步：经高非线性光子晶体光纤输出、并且经多模光纤透射传输的光束直接进入单模光纤；光束在多模光纤中传输时激发多模光纤中的高阶导模，并且高阶导模之间相互干涉，在多模光纤特定的周期性位置处会重复入射光场的像，即发生自成像现象；使多模光纤长度为透射传输超短脉冲中心波长所对应的自成像周期的整数倍，从而使得经多模光纤传输的超短脉冲中心波长部分在多模光纤出射端面处会聚，进而耦合进单模光纤的纤芯中，而超短脉冲中心波长周围的其他波长的部分光束则耦合进单模光纤的包层部中，从而迅速地损耗掉；利用多模和单模光纤级联结构对超短脉冲光谱实现选择性传输，从而实现超短脉冲光谱线宽的压缩；
[0012]第五步：电控光纤伸缩平台由信号发生器产生的电信号控制多模光纤伸缩量，使得多模-单模光纤级联结构的透射波长发生改变，从而实现多模-单模光纤级联结构输出的窄线宽光谱中心波长的电控调谐；
[0013]第六步：由信号发生器控制电控可调光衰减器改变入射至高非线性光子晶体光纤的飞秒脉冲光功率，进而改变高非线性光子晶体光纤输出的光孤子波长；电控光纤伸缩平台通过改变多模光纤长度实现多模-单模光纤级联结构输出的超短脉冲波长调谐以及光谱线宽压缩；信号发生器同时控制电控可调光衰减器和电控光纤伸缩平台使两者相互配合，每一个电控可调光衰减器的衰减量对应于一个电控光纤伸缩平台的伸缩量，从而实现高非线性光子晶体光纤输出光孤子波长调谐以及多模-单模光纤结构透射滤波中心波长随光孤子中心波长的变化；多模-单模光纤级联结构对光孤子中心波长进行光谱滤波的同时，消除高非线性光子晶体光纤输出光束中残余泵浦飞秒脉冲的影响；
[0014]从而实现了超短脉冲波长的大范围连续调谐以及对应波长超短脉冲光谱线宽的压缩。
[0015]与传统超短脉冲产生方式相比，本专利技术所提出的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法具有超短脉冲波长调谐范围大、波长可连续调谐、超短脉冲光谱线宽窄的优点；同时，利用多模-单模光纤级联结构实现超短脉冲光谱线宽压缩的同时，滤除了高非线性光子晶体光纤输出光束中残余泵浦飞秒脉冲的影响，简化了传统超短脉冲产生
方式中的滤波结构，优化了系统输出的超短脉冲光谱质量；并且，单模光纤输出的方式使得本专利技术所提出的超短脉冲产生装置具有与光纤的本质相融性，便于与其他光纤应用系统集成。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置结构示意图；
[0017]图2为高非线性光子晶体光纤输出光孤子波长调谐测量结果曲线图；
[0018]图3所示为不同波长的光孤子光谱压缩测量结果曲线图。
[0019]1、超短脉冲激光器，2、电控可调光衰减器，3、信号发生器，4、扩束镜，5、光纤耦合镜，6、高非线性光子晶体光纤，7、多模光纤，8、电控光纤伸缩平台，9、单模光纤。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步详细的描述；
[0021]图1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置，其特征在于，该装置包括超短脉冲激光器(1)、电控可调光衰减器(2)、信号发生器(3)、扩束镜(4)、光纤耦合镜(5)、高非线性光子晶体光纤(6)、多模光纤(7)、电控光纤伸缩平台(8)和单模光纤(9)，所述超短脉冲激光器(1)、所述电控可调光衰减器(2)、所述扩束镜(4)、所述光纤耦合镜(5)、所述高非线性光子晶体光纤(6)、所述多模光纤(7)、所述电控光纤伸缩平台(8)和所述单模光纤(9)依序连接，所述信号发生器(3)分别连接所述电控可调光衰减器(2)、所述电控光纤伸缩平台(8)，其中：所述超短脉冲激光器(1)输出单频飞秒脉冲，经所述电控可调光衰减器(2)传输后入射至所述扩束镜(4)，所述电控可调光衰减器(2)由所述信号发生器(3)输出的电信号进行控制，从而实现入射至所述扩束镜(4)的飞秒脉冲光功率的连续调节；所述扩束镜(4)输出的飞秒脉冲经所述光纤耦合镜(5)进入所述高非线性光子晶体光纤(6)；飞秒脉冲在所述高非线性光子晶体光纤(6)中传输时发生孤子自频移效应，产生波长向长波长方向移动的光孤子，并且其波长偏移量随入射飞秒脉冲光功率的增加而增加；所述高非线性光子晶体光纤(6)将光孤子输出至所述多模光纤(7)；所述多模光纤(7)中的一段固定于所述电控光纤伸缩平台(8)上，所述信号发生器(3)通过电信号调节所述电控光纤伸缩平台(8)，进而改变固定于所述电控光纤伸缩平台(8)上的多模光纤(7)长度；所述多模光纤(7)将光束输出至单模光纤(9)；经单模光纤(9)输出的光束即为波长可大范围调谐的窄线宽超短脉冲。2.利用如权利要求1所述的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置实现的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生方法，主要包括如下步骤：第一步：超短脉冲激光器输出的单频飞秒脉冲入射至电控可调光衰减器，电控可调光衰减器通过外部电信号连续调节输出的飞秒脉冲的光功率，其中用于调节的外部电信号由信号发生器产生；第二步：经电控可调光衰减器输出的功率可变飞秒脉冲经扩束镜扩束输出、入射至光纤耦合镜，飞秒脉冲经光纤耦合镜实现光束的会聚并耦合进高非线性光子晶体光纤；扩束镜进...

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