一种新型超快实时光谱分析仪制造技术

本发明专利技术公开了一种新型超快实时光谱分析仪，包括光纤激光器、光纤耦合器、时间拉伸单元、时间透镜单元、示波器。光纤激光器输出超快激光脉冲。光纤耦合器将光纤激光器所输出激光脉冲分为两部分：时间拉伸单元对第一束激光脉冲进行时域色散，通过色散傅里叶变换将其频谱信息转换到时域并测量；时间透镜单元对第二束激光脉冲进行时域放大并测量其实时波形信息。示波器对时间拉伸单元和时间透镜单元所采集频谱和波形信息进行实时显示，处理后获取波长

【技术实现步骤摘要】
一种新型超快实时光谱分析仪


[0001]本专利技术实施例涉及超快实时光谱
，具体涉及一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪。

技术介绍

[0002]随着超短脉冲激光技术的迅速发展，拥有极短脉宽和极高峰值功率的超快强激光为探索超快瞬态动力学过程以及研究极端非线性强场物理现象提供了前所未有的实验手段和发展机遇。
[0003]锁模光纤激光器以其结构紧凑、峰值功率高、波长灵活等优点，在材料加工、光学传感、光通信、光学时钟以及生物成像等领域获得了广泛应用。此外，锁模光纤激光器作为一个复杂的非线性耗散系统，在超快激光的形成过程中涉及到增益、损耗、色散以及非线性等多种过程，当腔内非线性比较高时，容易工作在准锁模状态，表现出混沌或随机特性，使其成为实验室中观察并研究孤子相互作用、调制不稳定性、孤子爆炸和光学巨波等非线性光学过程的理想平台。对超快瞬态动力学的实时观测有助于揭示一些复杂光学现象背后所潜藏的物理机制，一直是超快激光领域的重要课题。然而，光学巨波、超连续谱的产生、调制不稳定性等超快物理过程往往是非重复的或随机发生的，利用传统实验手段很难进行观测。
[0004]长期以来，如何实现超快瞬态物理过程的实时测量对于科研人员而言一直十分具有挑战性。传统的超快光谱技术主要以泵浦-探测技术为实验手段，其时间分辨率可达飞秒甚至阿秒量级，能够清晰地观测到物质内部激发态准粒子的超快动力学过程，被广泛地应用到生物荧光发射、植物光合作用、化学分子动力学、半导体载流子动力学等各种超快过程。但是，由于泵浦-探测技术依赖于泵浦光和探测光之间不同时间延迟的多次测量，只适用于可重复超快过程的研究，对于单事件非重复的超快瞬态过程，如核爆炸、超新星的引力坍缩、光物理学中超连续谱产生以及光学巨波和孤子的形成等，变得无能为力。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪，可同时进行光谱和波形特性实时测量并直接获取波长-时间光谱图。
[0006]技术方案：一种新型超快实时光谱分析仪，包括光纤激光器、光纤耦合器、时间拉伸单元、时间透镜单元、示波器；其中，
[0007]所述光纤激光器用于产生超快激光脉冲；
[0008]所述光纤耦合器用于将所述超快激光脉冲分为第一脉冲激光和第二脉冲激光；
[0009]所述时间拉伸单元用于对所述第一脉冲激光进行时域色散，通过色散傅里叶变换将其频谱信息转换到时域并进行测量；
[0010]所述时间透镜单元用于对所述第二脉冲激光进行时域放大并测量其实时波形信
息；
[0011]所述示波器用于接收并实时显示所述超快激光脉冲的频谱信息和波形特征，处理后获取所述超快激光脉冲的波长-时间光谱图。
[0012]有益效果：本专利技术的一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪，通过时间拉伸单元对第一脉冲激光进行时域色散，通过色散傅里叶变换将其频谱信息转换到时域并进行测量；通过时间透镜单元对第二脉冲激光进行时域放大并测量其实时波形信息；通过示波器实时显示超快激光脉冲的频谱信息和波形特征，并直接获取波长-时间光谱图。本专利技术的新型超快实时光谱分析仪可实时获取超快激光的波长-时间光谱图，有助于对超快光纤激光器中孤子瞬态动力学过程的全面理解，进一步揭示怪波孤子、调制不稳定性等非线性现象的物理本质，同时可以促进超快光纤激光器性能的优化。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供的一种新型超快实时光谱分析仪的结构示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例提供的一种新型超快实时光谱分析仪的具体结构图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0016]如图1所示，本专利技术实施例提供的一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪，包括：光纤激光器1、光纤耦合器2、时间拉伸单元3、时间透镜单元4、示波器5。其中，光纤激光器1用于产生超快激光脉冲；光纤耦合器2用于将光纤激光器1产生的超快激光脉冲按5:5的分光比分为第一脉冲激光和第二脉冲激光；时间拉伸单元3用于对光纤耦合器2输出的第一脉冲激光进行时域色散，通过色散傅里叶变换将其频谱信息转换到时域并进行测量；时间透镜单元4用于对光纤耦合器2产生的第二脉冲激光进行时域放大并测量其实时波形信息；示波器5用于接收时间拉伸单元3测得的超快激光脉冲的实时频谱信息和时间透镜单元4测得的超快激光脉冲的波形信息，并对两者进行多尺度实时显示，处理后直接得到超快激光脉冲的波长-时间光谱图。
[0017]如图2所示，在上述实施例的基础上，本专利技术实施例提供的一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪中，锁模光纤激光器1具体采用掺铒被动锁模光纤激光器在泵浦功率约为16mW和20mW时，可以分别产生重复频率约为8.5MHz的单孤子和孤子分子超快激光脉冲。
[0018]如图2所示，在上述实施例的基础上，本专利技术实施例提供的一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪，时间拉伸单元3具体包括：色散单元31和第一光电探测器32，其中色散单元31采用色散系数-160ps(nm
·
km)-1
的五千米长的色散补偿光纤对第一脉冲激光进行时域拉伸，通过色散傅里叶变换将其频谱信息转换到时域并输出到第一光电探测器32；第一光电探测器32将第一脉冲激光的时域频谱信息的光信号转换为电信号，并输出到示波器5。
[0019]如图2所示，在上述实施例的基础上，本专利技术实施例提供的一种基于四波混频时间透镜和色散傅里叶变换技术的新型超快实时光谱分析仪，时间透镜单元4具体包括：第一偏
振控制器41、第一单模光纤42、泵浦脉冲激光器43、第二偏振控制器44、第二单模光纤45、硅基光子晶体波导46、光学滤波器47、色散补偿光纤48、第二光电探测器49。
[0020]具体地，本专利技术实施例中第一偏振器41用于对第二脉冲激光进行光学控制，以改变第二脉冲激光的偏振方向，作为探测光。第一单模光纤42对探测光进行第一群速度色散D1。泵浦脉冲激光器43用于产生超短脉冲序列，作为啁啾泵浦光。第二偏振控制器44对啁啾泵浦脉冲的偏振方向进行控制，第二单模光纤45对啁啾泵浦光进行第二群速度色散D2。硅基光子晶体波导46用于为探测光和啁啾泵浦光之间的四波混频参量过程提供非线性介质。光学滤波器47用于滤出四波混频非线性参量过程中产生的闲频光。色散补偿光纤48用于对闲频光进行色散补偿，得到时域放大信号。其中，第一单模光纤色散量D1、第二单模光纤色散量D
f
和色散补偿光纤色散量D2之间满足成像关系式：1/D1+1/D2＝1/D
f
，时域放大的倍数M为：M＝|D2/D1|，时间透镜时域测量单元4的时间观测窗口的长短由泵浦脉冲激光器43所输出啁啾泵浦脉冲的持续时间所决定。
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型超快实时光谱分析仪，其特征在于：包括光纤激光器、光纤耦合器、时间拉伸单元、时间透镜单元、示波器；其中，所述光纤激光器用于产生超快激光脉冲；所述光纤耦合器用于将所述超快激光脉冲分为第一脉冲激光和第二脉冲激光；所述时间拉伸单元用于对所述第一脉冲激光进行时域色散，通过色散傅里叶变换将其频谱信息转换到时域并进行测量；所述时间透镜单元用于对所述第二脉冲激光进行时域放大并测量其实时波形信息；所述示波器用于接收所述超快激光脉冲的实时频谱信息和波形信息，并进行多尺度实时显示，处理后获得超快激光脉冲的波长-时间光谱图。2.根据权利要求1所述的新型超快实时光谱分析仪，其特征在于：所述光纤耦合器按5:5的分光比将超快脉冲激光分为第一脉冲激光和第二脉冲激光。3.根据权利要求1所述的新型超快实时光谱分析仪，其特征在于：所述时间拉伸单元包括色散单元、第一光电探测器；所述色散单元利用5千米色散补偿光纤对所述第一脉冲激光进行时域拉伸，通过色散傅里叶变换将频谱信息转换到时域，并将第一脉冲激光的时域频谱信息输送至第一光电探测器；所述第一光电探测器将所述第一脉冲激光的时域频谱信息的光信号转换为电信号，并输出到所述高速实时示波器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂需辰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：