一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源制造技术

本发明专利技术涉及激光技术与非线性光学领域的超连续谱光源，尤其涉及一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，包括光纤反射镜、紫光半导体激光二极管、合束器、传能光纤；本发明专利技术采用紫光半导体激光二极管作为泵浦源直接泵浦传能光纤产生可见光超连续谱，不仅使产生的可见光超连续谱光谱波段纯正，而且系统效率相对常规可见光超连续谱光源而言提高了一倍以上。本发明专利技术为全光纤系统，采用半开腔随机光纤激光器结构，系统结构非常简单，成本不到常规可见光超连续谱光源的十分之一，其输出具有可见光光谱波段纯正、光谱平坦度高、系统转换效率高，且可以在瓦量级到千瓦量级大范围高功率输出，推动了可见光超连续谱光源在更大范围的应用。大范围的应用。大范围的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源


[0001]本专利技术涉及激光技术与非线性光学领域的超连续谱光源，尤其涉及一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，可满足通信、成像、计量、传感、光电对抗等领域的特殊应用需求。

技术介绍

[0002]超连续谱光源是激光在非线性介质中传输时，在色散和多种非线性效应的综合作用下产生的一种激光光谱被大范围展宽的结果。由于超连续谱光源具有光谱范围宽、亮度高、相干性好等特点，在通信、成像、计量、传感等民用领域以及光电对抗等军事领域均有广阔的应用前景。根据波段范围可以把超连续谱光源分为可见光、近红外、中红外等三个波段，可见光和近红外波段超连续谱光源通常采用硅基光纤(例如光子晶体光纤)作为非线性介质，中红外超连续谱光源通常采用软玻璃光纤(例如氟化物光纤、碲化物光纤以及硫化物光纤等)作为非线性介质。
[0003]目前，可见光和近红外波段超连续谱光源通常采用脉冲光纤激光器泵浦光子晶体光纤方案。其中脉冲光纤激光器作为产生超连续谱的泵浦源，光子晶体光纤作为产生超连续谱的非线性介质。光子晶体光纤可以通过改变内部空气孔和孔间距的大小来灵活控制其色散特性，从而实现与脉冲光纤激光器波长匹配，所以是目前可见光和近红外波段超连续谱光源的主要非线性介质。
[0004]由于脉冲光纤激光器的波长通常位于1μm附近的近红外波段，当其输出的脉冲激光在光子晶体光纤中传输时，一般是通过非线性效应产生的色散波来产生可见光波段的光谱成分，从而实现可见光超连续谱输出。所以目前大部分可见光超连续谱光源通常包含近红外波段的光谱成分，不是纯正的可见光波段，且其中近红外波段的光谱成分在总功率上的占比还比较高(例如丹麦NKT光子公司型号为EXU
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6的超连续谱光源近红外波段的光谱功率占比为80％)。另外，由于光子晶体光纤本身纤芯直径通常较小，限制了其输出超连续谱的功率水平。此外，超连续谱光源中采用的脉冲光纤激光器通常采用915nm或976nm的半导体激光二极管作为脉冲光纤激光器的泵浦源，首先通过泵浦掺镱光纤产生1μm附近的近红外激光，1μm附近的近红外激光再作为下一步产生超连续谱的泵浦源，通过泵浦光子晶体光纤产生超连续谱，所以整个系统存在两次光光转换，系统转换效率较低。因此，目前可见光超连续谱光源存在输出光谱波段不纯正、输出功率较低、系统转换效率较低等问题。
[0005]为了产生纯可见光波段的超连续谱光源，研究人员将1.06μm光纤激光器通过倍频得到0.5μm的绿光，再用该绿光泵浦光子晶体光纤产生纯可见光波段的超连续谱(参见中国专利“一种基于绿光光纤激光器泵浦的可见光超连续谱光源”，ZL201410204625.X)。该方案解决了可见光超连续谱光源光谱不纯的问题，缺点是需要将1.06μm的光纤激光进行倍频，倍频会损耗激光一半的功率，也就是说会导致系统转换效率在正常的基础上额外降低50％，且倍频需要用透镜实现激光在倍频晶体和光纤之间的耦合，所以整个系统并非全光纤结构。此外，由于倍频晶体非常容易损伤，所以该方法无法实现高功率可见光超连续谱的
输出。
[0006]为了提高可见光超连续谱光源中可见光波段的功率占比，研究人员在利用1.06μm脉冲光纤激光器泵浦两个或两个以上零色散波长递减的光子晶体光纤(参见中国专利申请“全光纤结构的可见光增强超连续谱激光系统”，申请号：200810236572.4，公开日：20120905)，由于光子晶体光纤之间的熔接损耗较大，导致该方法无法实现高功率和纯可见光波段的超连续谱输出。有研究人员利用多芯光子晶体光纤实现了40W全光纤超连续谱输出(参见中国技术专利申请“基于多芯光子晶体光纤的超连续谱光源”，申请号：201220703339.4，公开日：20130612)，该方案输出的光谱范围为600～1700nm，不仅没有覆盖全可见光波段，且可见光波段的功率占比较低。还有研究人员利用1～1.025μm范围的短波长脉冲光纤激光器代替1.06μm脉冲光纤激光器作为泵浦源，泵浦多芯光子晶体光纤，提高了可见光的产生效率，实现了400～2300nm的光谱输出，其中可见光波段功率占比为25％(参见中国专利“高功率可见光增强超连续谱光源”，ZL201610416974.7)，但该方法依然没有解决纯可见光波段超连续谱输出以及可见光波段功率占比较低的问题。
[0007]综上所述，现有技术方案无法实现纯正可见光波段、高功率、高转换效率的可见光超连续谱光源，从而极大影响了可见光超连续谱光源在很多领域的应用。

技术实现思路

[0008]为解决现有可见光超连续谱光源输出光谱不纯正、输出功率较低、系统转换效率较低等问题，本专利技术提出一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，采用全光纤半开腔随机光纤激光器结构，其输出具有光谱范围只覆盖400～800nm可见光波段，光谱范围纯正；输出功率方面可以实现瓦量级到千瓦量级的大范围高功率超连续谱输出；整个系统内部只存在一次光光转换，系统转换效率高，结构简单，成本低。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，包括光纤反射镜1、紫光半导体激光二极管2、合束器3、传能光纤4。其中光纤反射镜1的输出端(尾纤)与合束器3的第一信号臂31连接，所述紫光半导体激光二极管2的输出端(尾纤)与合束器3的泵浦臂32连接，所述合束器3的第二信号臂33与传能光纤4的输入端连接，所述传能光纤4的输出端切8度角并作为整个系统的输出端输出超连续谱(输出端切8度角的目的是消除输出端面的反射，让传能光纤4中的随机分布反馈作为谐振腔的一个反射镜)；
[0010]所述光纤反射镜1用于反射激光腔内紫光半导体激光二极管2输出的激光以及由于级联受激拉曼散射等非线性效应产生的多级斯托克斯光和自发拉曼光(所述自发拉曼光是指相邻两级斯托克斯光之间的光谱成分，该部分光由于增益相对斯托克斯光而言较小，所以光谱强度相对斯托克斯光而言较弱)；
[0011]所述紫光半导体激光二极管2用于输出连续波激光，输出连续波激光为基模或者接近基模，通过泵浦传能光纤4，在级联受激拉曼散射等非线性效应的作用下产生多级斯托克斯光和自发拉曼光；
[0012]所述光半导体激光二极管2输出的激光通过合束器3耦合到激光腔内；
[0013]所述传能光纤4用于反射紫光半导体激光二极管2输出的激光以及由于级联受激拉曼散射等非线性效应产生的多级斯托克斯光和自发拉曼光；
[0014]所述多级斯托克斯光的级数在22～28级之间，且频率上相邻两级斯托克斯光之间相差13.2THz。
[0015]进一步地，所述光纤反射镜1的反射带宽为400nm～800nm、反射率≥90％，带尾纤输出，尾纤纤芯直径≤100μm，尾纤纤芯和包层直径与合束器3第一信号臂31的纤芯和包层直径保持一致。
[0016]进一步地，所述紫光半导体激光二极管2输出连续波激光的波长为400nm～450nm波段、平均功率为10W～2000W，带尾纤输出，尾纤纤芯直径≤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，其特征在于：包括光纤反射镜(1)、紫光半导体激光二极管(2)、合束器(3)、传能光纤(4)；其中光纤反射镜(1)的输出端与合束器(3)的第一信号臂(31)连接，所述紫光半导体激光二极管(2)的输出端与合束器(3)的泵浦臂(32)连接，所述合束器(3)的第二信号臂(33)与传能光纤(4)的输入端连接，所述传能光纤(4)的输出端切8度角并作为整个系统的输出端输出超连续谱；所述光纤反射镜(1)用于反射激光腔内紫光半导体激光二极管(2)输出的激光以及由于级联受激拉曼散射等非线性效应产生的多级斯托克斯光和自发拉曼光；所述紫光半导体激光二极管(2)用于输出连续波激光，输出连续波激光为基模或者接近基模，通过泵浦传能光纤(4)，在级联受激拉曼散射等非线性效应的作用下产生多级斯托克斯光和自发拉曼光；所述光半导体激光二极管(2)输出的激光通过合束器(3)耦合到激光腔内；所述传能光纤(4)用于反射紫光半导体激光二极管(2)输出的激光以及由于级联受激拉曼散射等非线性效应产生的多级斯托克斯光和自发拉曼光；所述多级斯托克斯光的级数在22～28级之间，且频率上相邻两级斯托克斯光之间相差13.2THz。2.一种根据权利要求1所述基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，其特征在于：所述光纤反射镜(1)的反射带宽为400nm～800nm、反射率≥90％，带尾纤输出，尾纤纤芯直径≤100μm，尾纤纤芯和包层直径与合束器(3)第一信号臂(31)的纤芯和包层直径保持一致。3.一种根据权利要求1所述基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，其特征在于：所述紫光半导体激光二极管(2)输出连续波激光的波长为400nm～450nm波段、平均功率为10W～2000W，带尾纤输...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋锐，何九如，侯静，韩凯，杨未强，陈胜平，张斌，杨林勇，
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：