一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光实现方法技术

本发明专利技术公开了一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光实现方法，该方法是在平坦输出中红外超连续谱激光器上实现的，该超连续谱激光器由主控制器、泵浦源模组、环形激光器模组及超连续谱产生及监测模组组成。该方法包括了波长选择、种子激光生成、种子激光功率放大、激光压缩及再放大、超连续谱生成与监测、种子激光功率重频自适应调节等步骤。本发明专利技术的有益效果是，该方法可实现输出中红外平坦性超连续谱激光器，满足精确化宽光谱定量分析等方面的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器的结构及实现方法，尤其涉及一种基于反馈式调频调幅多波长激光泵浦的中红外超连续谱平坦光谱输出实现方法。
技术介绍
超连续谱激光指的当泵浦激光穿过特殊光波导时，一系列的非线性效应引起入射激光束的光谱展宽，从而输出宽光谱激光束—称超连续谱。尤其随着超快激光和光子晶体光纤(Photoniccrystalfibers，简称PCF)技术的发展，利用超短脉冲在PCF中的传播来产生超连续光已经成为全世界引人关注的课题。这种技术只需要非常低的脉冲能量(大约1nJ)就能产生超连续光，而且所得到的超连续光是相干的且亮度高——这使它成为理想的白光源。超连续谱激光器自诞生以来得到了迅速的发展，尤其是在光谱范围方面，基本覆盖了从紫外到中红外谱段。此外，在大功率及器件小型化方面也取得了巨大的进步。由于中红外激光对光纤等器件有较高的要求与限制，中红外超连续谱激光器无法用普通的PCF光纤实现。近来随着ZBLAN即稀土掺杂氟化锆/钡氟/氟化镧/氟化铝/的氟化钠(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)等氟化物光纤的出现，其在中红外的表现优异，因此出现了基于ZBLAN光纤技术的超连续谱激光器。然而，在一些需要精确化宽光谱定量分析的应用场合，目前的中红外超连续激光源无法胜任，因为现有的中红外超连续谱激光源在输出光谱平坦度及稳定性等技术指标上存在一些问题，无法适应宽谱精确定量分析的要求。因此，如何实现高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光器是一个急需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱实现方法，它基于反馈式调频调幅多波长激光泵浦的方式，可满足精确化宽光谱定量分析的需求。本专利技术的技术方案是这样来实现的，本专利技术是在的高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器上实现的，它由主控制器、泵浦源模组、环形激光器模组及超连续谱产生及监测模组组成。泵浦源模组用于产生环形激光器组件的多波长脉冲种子激光。它包含频率控制器、第一脉冲发生器、第一整形放大器、第一激光管驱动电路、第二脉冲发生器、第二整形放大器、第二激光管驱动电路、第三脉冲发生器、第三整形放大器、第三激光管驱动电路、三合一光纤、第一偏振控制器及光隔离器；其中第一激光管驱动电路由第一场效应管驱动电路、第一场效应管和第一激光二极管及其放电回路组成；类似地，第二激光管驱动电路由第二场效应管驱动电路、第二场效应管和第二激光二极管及其放电回路组成；第三激光管驱动电路由第三场效应管驱动电路、第三场效应管和第三激光二极管及其放电回路组成；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节。环形激光器模组包含第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、四合一光耦合器、环形腔、功率控制器、第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器、第一负GVD光纤、第一波分复用器、掺镱光纤放大器、第二波分复用器、第二负GVD光纤、第二偏振控制器、第三偏振控制器、法拉第光隔离器及第四偏振控制器，用于对泵浦源模组传送过来的多波长脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节。超连续谱产生及监测模组包含ZBLAN光纤耦合器、ZBLAN光纤、中红外一进二出光纤、输出接口以及宽谱段光谱仪，用于产生中红外超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给主控制器。主控制器含有执行控制与数据分析的硬件电路及软件系统，用于控制第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、功率控制器、频率控制器及宽谱段光谱仪，并接收宽谱段光谱仪的输出光谱信号进行光谱数据分析。中红外超连续谱激光器的超平坦光谱输出按以下步骤实现：(1)根据ZBLAN光纤的零色散波长λ0，求出其对应的频率f0；设定频率差Δf，设定频率f1＝f0+Δf，求出其对应的波长λ1；类似地，设定频率f2＝f0-Δf，求出其对应的波长λ2；(2)选择第一激光二极管及第一半导体激光器的工作波长为λ0；选择第二激光二极管及第二半导体激光器的工作波长为λ1；选择第三激光二极管及第三半导体激光器的工作波长为λ2；(3)主控制器发出控制指令给频率控制器，频率控制器将第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器三者的脉冲频率设定为相同的初始值F1＝F2＝F3，并使之启动工作；(4)主控制器发出控制指令启动宽谱段光谱仪、第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器；(5)主控制器发出控制指令给功率控制器，功率控制器将第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器的放大倍数设定一个相同的初始值A1＝A2＝A3；(6)第一脉冲发生器发出的频率为F1的电脉冲经第一整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F1的电脉冲，经功率放大后，送入第一激光管驱动电路中的第一场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F1的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第一场效应管的导通和截止，用于控制第一激光二极管放电回路的充放电，使第一激光二极管产生重频为F1的纳秒级脉冲种子激光；类似地，第二脉冲发生器发出的频率为F2的电脉冲经第二整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F2的电脉冲，经功率放大后，送入第二激光管驱动电路中的第二场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F2的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第二场效应管的导通和截止，用于控制第二激光二极管放电回路的充放电，使第二激光二极管产生重频为F2的纳秒级脉冲种子激光；类似地，第三脉冲发生器发出的频率为F3的电脉冲经第三整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F3的电脉冲，经功率放大后，送入第三激光管驱动电路中的第三场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F3的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第三场效应管的导通和截止，用于控制第三激光二极管放电回路的充放电，使第三激光二极管产生重频为F3的纳秒级脉冲种子激光；(7)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光实现方法，该方法是在平坦输出中红外超连续谱激光器上实现的，所述的超连续谱激光器包括主控制器(1)、泵浦源模组(2)、频率控制器(3)、第一脉冲发生器(4)、第一整形放大器(5)、第一激光二极管(6)、第一场效应管(7)、第一场效应管驱动电路(8)、第二脉冲发生器(9)、第二整形放大器(10)、第二激光二极管(11)；第二场效应管(12)、第二场效应管驱动电路(13)、第三脉冲发生器(14)、第三整形放大器(15)、第三场效应管驱动电路(16)、第三场效应管(17)、第三激光二极管(18)、三合一光纤(19)、第一偏振控制器(20)、光隔离器(21)、环形激光器模组(22)、第一负GVD光纤(23)、第一波分复用器(24)、第四偏振控制器(25)、法拉第光隔离器(26)、第三偏振控制器(27)、掺镱光纤放大器(28)、第二波分复用器(29)、第二负GVD光纤(30)、第二偏振控制器(31)、超连续谱产生及监测模组(32)、ZBLAN光纤耦合器(33)、ZBLAN光纤(34)、中红外一进二出光纤(35)、输出接口(36)、宽谱段光谱仪(37)、四合一光耦合器(38)、第一半导体激光器(39)、第二半导体激光器(40)、第三半导体激光器(41)、第一激光管驱动电路(42)、第二激光管驱动电路(43)、第三激光管驱动电路(44)、环形腔(45)、功率控制器(46)、第一半导体激光器功率放大器(47)、第二半导体激光器功率放大器(48)、第三半导体激光器功率放大器(49)；其特征在于飞秒级平坦光谱输出的中红外超连续谱激光获取方法步骤如下：1)根据ZBLAN光纤的零色散波长λ0，求出其对应的频率f0；设定频率差△f，设定频率f1＝f0+△f，求出其对应的波长λ1；类似地，设定频率f2＝f0‑△f，求出其对应的波长λ2；2)选择第一激光二极管及第一半导体激光器的工作波长为λ0；选择第二激光二极管及第二半导体激光器的工作波长为λ1；选择第三激光二极管及第三半导体激光器的工作波长为λ2；3)主控制器发出控制指令给频率控制器，频率控制器将第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器三者的脉冲频率设定为相同的初始值F1＝F2＝F3，并使之启动工作；4)主控制器发出控制指令启动宽谱段光谱仪、第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器；5)主控制器发出控制指令给功率控制器，功率控制器将第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器的放大倍数设定一个相同的初始值A1＝A2＝A3；6)第一脉冲发生器发出的频率为F1的电脉冲经第一整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F1的电脉冲，经功率放大后，送入第一激光管驱动电路中的第一场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F1的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第一场效应管的导通和截止，用于控制第一激光二极管放电回路的充放电，使第一激光二极管产生重频为F1的纳秒级脉冲种子激光；类似地，第二脉冲发生器发出的频率为F2的电脉冲经第二整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F2的电脉冲，经功率放大后，送入第二激光管驱动电路中的第二场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F2的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第二场效应管的导通和截止，用于控制第二激光二极管放电回路的充放电，使第二激光二极管产生重频为F2的纳秒级脉冲种子激光；类似地，第三脉冲发生器发出的频率为F3的电脉冲经第三整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F3的电脉冲，经功率放大后，送入第三激光管驱动电路中的第三场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F3的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第三场效应管的导通和截止，用于控制第三激光二极管放电回路的充放电，使第三激光二极管产生重频为F3的纳秒级脉冲种子激光；7)三束波长分别为λ0、λ1、λ2的脉冲种子激光经三合一光纤耦合进光纤中，再经第一偏振控制器及光隔离器传输进入环形激光器模组。第一偏振控制器及光隔离器的作用是消除环形激光器模组可能产生的回波干扰；8)环形激光器模组中的第一半导体激光器，发射的波长为λ0连续泵浦激光束经第一半导体激光器功率放大器倍数A1的功率放大后，经过四合一光耦合器两等分后以两个方向进入环形腔，分别经过第一波分复用器与第二波分复用器之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器。泵浦源模组输出的波长为λ0的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放...

【技术特征摘要】
1.一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光实现方法，该方法是在平坦输
出中红外超连续谱激光器上实现的，所述的超连续谱激光器包括主控制器(1)、
泵浦源模组(2)、频率控制器(3)、第一脉冲发生器(4)、第一整形放大器(5)、
第一激光二极管(6)、第一场效应管(7)、第一场效应管驱动电路(8)、第二
脉冲发生器(9)、第二整形放大器(10)、第二激光二极管(11)；第二场效应
管(12)、第二场效应管驱动电路(13)、第三脉冲发生器(14)、第三整形放
大器(15)、第三场效应管驱动电路(16)、第三场效应管(17)、第三激光二
极管(18)、三合一光纤(19)、第一偏振控制器(20)、光隔离器(21)、环形
激光器模组(22)、第一负GVD光纤(23)、第一波分复用器(24)、第四偏振
控制器(25)、法拉第光隔离器(26)、第三偏振控制器(27)、掺镱光纤放大
器(28)、第二波分复用器(29)、第二负GVD光纤(30)、第二偏振控制器(31)、
超连续谱产生及监测模组(32)、ZBLAN光纤耦合器(33)、ZBLAN光纤(34)、
中红外一进二出光纤(35)、输出接口(36)、宽谱段光谱仪(37)、四合一光
耦合器(38)、第一半导体激光器(39)、第二半导体激光器(40)、第三半导
体激光器(41)、第一激光管驱动电路(42)、第二激光管驱动电路(43)、第
三激光管驱动电路(44)、环形腔(45)、功率控制器(46)、第一半导体激光
器功率放大器(47)、第二半导体激光器功率放大器(48)、第三半导体激光器
功率放大器(49)；其特征在于飞秒级平坦光谱输出的中红外超连续谱激光获
取方法步骤如下：
1)根据ZBLAN光纤的零色散波长λ0，求出其对应的频率f0；设定频率差
△f，设定频率f1＝f0+△f，求出其对应的波长λ1；类似地，设定频率f2＝f0-△f，
求出其对应的波长λ2；
2)选择第一激光二极管及第一半导体激光器的工作波长为λ0；选择第二激
光二极管及第二半导体激光器的工作波长为λ1；选择第三激光二极管及第三半
导体激光器的工作波长为λ2；
3)主控制器发出控制指令给频率控制器，频率控制器将第一脉冲发生器、
第二脉冲发生器及第三脉冲发生器三者的脉冲频率设定为相同的初始值
F1＝F2＝F3，并使之启动工作；
4)主控制器发出控制指令启动宽谱段光谱仪、第一半导体激光器、第二
半导体激光器、第三半导体激光器；
5)主控制器发出控制指令给功率控制器，功率控制器将第一半导体激光
器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器
的放大倍数设定一个相同的初始值A1＝A2＝A3；
6)第一脉冲发生器发出的频率为F1的电脉冲经第一整形放大器首先进行
脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F1的电脉冲，经功率放
大后，送入第一激光管驱动电路中的第一场效应管驱动电路中的场效应管驱动
芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F1的纳秒级脉冲
信号用于控制高速大功率第一场效应管的导通和截止，用于控制第一激光二极
管放电回路的充放电，使第一激光二极管产生重频为F1的纳秒级脉冲种子激
光；
类似地，第二脉冲发生器发出的频率为F2的电脉冲经第二整形放大器首
先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F2的电脉冲，经
功率放大后，送入第二激光管驱动电路中的第二场效应管驱动电路中的场效应
管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F2的纳秒
级脉冲信号用于控制高速大功率第二场效应管的导通和截止，用于控制第二激

\t光二极管放电回路的充放电，使第二激光二极管产生重频为F2的纳秒级脉冲
种子激光；
类似地，第三脉冲发生器发出的频率为F3的电脉冲经第三整形放大器首
先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F3的电脉冲，经
功率放大后，送入第三激光管驱动电路中的第三场效应管驱动电路中的场效应
管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F3的纳秒
级脉冲信号用于控制高速大功率第三场效应管的导通和截止，用于控制第三激
光二极管放电回路的充放电，使第三激光二极管产生重频为F3的纳秒级脉冲
种子激光；
7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：万雄，刘鹏希，章婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31