【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超快光纤激光的非线性光学应用，具体涉及全光纤非线性放大技术产生超短脉冲的技术方法及超连续谱的产生过程。
技术介绍
1、超短脉冲激光的发展对科学的进步产生了重大的影响，它使直接观察自然界中一些超快过程成为可能，例如利用飞秒脉冲的空间光谱干涉技术探索气体分子的非线性响应过程，利用超短脉冲激光频率梳的超精细光谱探测光的量子特性。在超快领域，技术的进步总是依赖于高能量、超短光脉冲源的可用性。在超短脉冲产生方面，由于激光谐振腔中增益光纤的增益带宽有限，脉冲传输的傅立叶变换规律限制了其最窄的脉冲时域宽度。在高能量脉冲放大方面，过度积累的非线性相移在色散作用下会导致脉冲分裂。由此，大模场光纤、体啁啾光栅等器件被广泛应用于脉冲放大系统中以降低模场内的峰值功率、减少非线性积累，但这种做法使激光器的构造复杂、成本提高，从而丧失了其高集成、可弯曲的有点。因此，如何突破传统光纤激光器中的光谱增益带宽限制，解决脉冲放大、压缩过程中的非线性积累导致的脉冲畸变问题，从而实现更短时域宽度、更高信噪比的脉冲输出成为了当下极有意义的研究课题。
2、脉冲的非线性放大技术与传统的啁啾脉冲放大技术不同，它要求管理和利用脉冲在放大过程中经受的非线性效应，并利用自相位调制效应补偿系统积累的三阶色散。脉冲在放大和压缩演化过程中展现出完全不同的特性：脉冲能够容忍更高的非线性积累而保持不分裂，并突破传统激光器所受到的增益带宽限制而大幅度展宽光谱；二、三阶色散同时补偿可达到完美压缩；并且系统实现全光纤化的无缝连接，提高其集成度和便携度。其输出的脉冲在宽度、
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术目的是提供一种飞秒脉冲的全光纤非线性放大技术方法，以及将该方法得到的高能量飞秒脉冲应用到超连续谱产生的方法；全光纤非线性放大技术具有可成本低、稳定性好、易操作、空间小等优点，本专利技术通过采用两级保偏光纤放大和保偏负色散光纤元件作为压缩器件的方法成功实现了全光纤非线性放大技术，有效降低了高能量飞秒脉冲设备的制作成本，并提高了其应用能力，为超短光纤脉冲激光器的发展提供了一种简单高效的实现方法。进一步利用该非线性光纤激发超连续谱。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包含种子源、放大级、压缩级、超连续谱级四部分：首先产生一个峰值功率为瓦级别的百飞秒脉冲种子源，其次利用两级放大系统逐步放大脉冲能量同时利用光纤介质的非线性作用展宽光谱，第三步将放大后的脉冲注入到负色散光纤元件中压缩脉冲宽度，获得一个峰值功率为千瓦级别的数十飞秒脉冲，最后将高能量飞秒脉冲注入到高非线性光纤中获得1~2μm的超连续谱。
3、设计方案中的所有器件均通过保偏光纤相连，种子源、放大级、压缩级、超连续谱级之间均通过光纤陶瓷头和法兰盘连。
4、基于全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法，包括以下步骤：
5、步骤一、用半导体可饱和吸收镜、975 nm保偏单模光纤泵浦、保偏单模掺铒增益光纤、保偏单模光纤反射镜相连组成一个线性腔的飞秒脉冲种子源，获得的单脉冲能量在数十皮焦级别，脉冲宽度在百飞秒级别；
6、步骤二、将步骤一中得到的飞秒脉冲注入到放大级中，该放大级包含两部分，第一部分由一个975 nm保偏单模光纤泵浦、一个保偏单模光纤波分复用器和一段保偏单模掺铒增益光纤，第二部分包含两个975 nm保偏单模光纤泵浦、两个保偏单模光纤波分复用器和一段保偏单模掺铒增益光纤，放大后的脉冲能量在纳焦级别，脉冲宽度接近1 ns；
7、步骤三、将步骤二得到的高能量脉冲注入到一段可提供负色散的保偏单模光纤中进行时域压缩，压缩后的脉冲峰值功率可达千瓦级别，脉冲宽度在数十飞秒级别；
8、步骤四、将步骤三得到的高能量超短脉冲注入到一段保偏单模高非线性光纤中产生可覆盖1~2μm波段的超连续谱。
9、所述步骤一中光纤输出镜的输出比例设定为10%，增益光纤的长度设定为0.5 m，增益系数设定为25 db/m。
10、所述步骤二中所用到两段增益光纤的长度分别设定为3 m和1.3 m，增益系数分别设定为25 db/m和80 db/m。
11、所述步骤三中所用到负色散保偏单模光纤的长度设定为1.32 m。
12、所述步骤四中所用到保偏单模高非线性光纤长度设定为0.62 m。
13、种子源脉冲光谱中心波长在1550 nm附近，光谱宽度~8 nm，非线性放大后，光谱宽度可达43 nm，压缩后光谱宽度可达192 nm，激发的超连续谱范围覆盖1~2 μm。
14、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果，以保偏单模光纤器件代替了多模光纤、大模场光纤等需要空间结构光耦合的放大器件，实现了全光纤无缝连接，节省了空间，提高了系统集成度，降低了系统成本，而且光纤结构调节简单易行，进而可以更具实际需求做参数调整，提高系统的应用能力。
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1.基于全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法，其特征在于，全部器件通过光纤熔接或光纤陶瓷头借助法兰盘连接，没有空间光结构，结构精巧、易操作。
2.根据权利要求1所述全光纤连接结构，所有光纤为保偏单模光纤，系统模场尺寸不变，光纤熔接或陶瓷头借助法兰盘连接损耗小，基本在0.01 dB以下。
3.基于全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤一中光纤输出镜的输出比例设定为10%，增益光纤的长度设定为0.5 m，增益系数设定为25 dB/m。
5.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤二中所用到两段增益光纤的长度分别设定为3 m和1.3 m，增益系数分别设定为25 dB/m和80 dB/m。
6.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤三中所用到负色散保偏单模光纤的长度设定为1.32 m。
7.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤四中所用到保偏单模高非线性光纤长度设定为0.62 m。
8.根据权利要求3
9.根据权利要求8所述的全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法，其特征在于，全光纤非线性放大技术实现的飞秒脉冲单脉冲能量~1.4 ns，宽度~35 fs。
10. 根据权利要求8所述的全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法，其特征在于，全光纤非线性放大技术激发的超连续谱覆盖范围为1~2 μm。
...【技术特征摘要】
1.基于全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法，其特征在于，全部器件通过光纤熔接或光纤陶瓷头借助法兰盘连接，没有空间光结构，结构精巧、易操作。
2.根据权利要求1所述全光纤连接结构，所有光纤为保偏单模光纤，系统模场尺寸不变，光纤熔接或陶瓷头借助法兰盘连接损耗小，基本在0.01 db以下。
3.基于全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤一中光纤输出镜的输出比例设定为10%，增益光纤的长度设定为0.5 m，增益系数设定为25 db/m。
5.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤二中所用到两段增益光纤的长度分别设定为3 m和1.3 m，增益系数分别设定为25 db/m和80 db/m。
6.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤三中所用到负色散保偏单模光纤的长度设定为1.32 m。
7.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述步骤四中所用到保偏单模高非线性光纤长度设定为0.62 m。
8.根据权利要求3所述的基于全光纤非线性放大技术产生超连续谱的方法，其特征在于，包括半导体可饱和吸收镜（1）、半导体可饱和吸收镜（1）附带保偏单模光纤（2）、并于976-nm保偏单模泵浦源（3）通过光纤熔融相连、保偏单模光...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳潘迪，戴可漂，和刘哲，段利娜，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：
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