一种超连续光谱产生装置制造方法及图纸

本申请公开了一种超连续光谱产生装置，其包括泵浦源、触发源、耦合器、光谱展宽器件。泵浦源和触发源分别连接至耦合器，耦合器连接至光谱展宽器件。泵浦源用于产生连续泵浦光并传送至耦合器；触发源用于产生飞秒级别的种子源光并传送至耦合器；耦合器用于按照设定的功率比例接收连续泵浦光和种子源光并输出混合光至光谱展宽器件；光谱展宽器件用于对耦合器输出的混合光进行光谱展宽，从而产生超连续光谱。本发明专利技术结合了连续波泵浦和相干飞秒种子源的优点，利用一个很微弱的相干飞秒激光脉冲作为种子源，即可产生高质量的、展宽范围更大的超连续光谱，且显著提高了光谱相干性、信噪比，提高了长波长波段孤子峰值功率的分布。

Supercontinuum generation device

The present invention discloses a supercontinuum generation device comprising a pump source, a trigger source, a coupler, and a spectral broadening device. The pump source and the trigger source are respectively connected to the coupler, and the coupler is connected to the spectrum broadening device. The pump source for generating continuous pump light and transmitted to the coupler; the trigger source for generating femtosecond level seed light source and transmits it to the coupler; in accordance with the proportion of power coupler is used to set the receiving continuous pump and seed light source and output light to mixed spectral broadening devices; optical spectrum broadening device for mixing of the light spectrum output coupler in order to generate supercontinuum broadening. The invention is combined with continuous wave pumped and coherent femtosecond source advantages, using a weak coherent femtosecond laser pulse as the seed source, can produce high quality and broaden the broader supercontinuum, and significantly improves the spectral coherence, signal-to-noise ratio, improve the distribution of long wavelength band soliton peak power the.

【技术实现步骤摘要】
一种超连续光谱产生装置
本申请涉及光学领域，具体涉及一种超连续光谱产生装置。
技术介绍
超连续(Supercontinuum，SC)谱的产生指的是当高功率的超短光脉冲在通过非线性光学介质(如固体、液体气体和半导体等)的过程中，由于介质中的各种非线性效应作用，传输脉冲的光谱中会产生许多新的频率成分，使得输出脉冲光谱宽度远大于入射脉冲的谱宽。SC谱范围可从可见光一直延续到紫外和红外区域。其频率谱展宽机理来自非线性光学介质中的自聚集、自相位调制、交叉相位调制、四波混频和受激拉曼散射等非线性效应的共同作用。光纤技术的迅速发展促进了SC谱技术的发展与完善，其应用不断扩大至频率计量，超短脉冲的产生、光学相干断层扫描、激光度量学及光通信系统等。连续光泵浦的超连续谱有着高能量输入和高频谱展宽的特点，但一般难以实现能量稳定分布和好的光谱相干性。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供一种超连续光谱产生装置，其包括泵浦源、触发源、耦合器、光谱展宽器件。泵浦源和触发源分别连接至耦合器，耦合器连接至光谱展宽器件。泵浦源用于产生连续泵浦光并传送至耦合器；触发源用于产生飞秒级别的种子源光并传送至耦合器；耦合器用于按照设定的功率比例接收连续泵浦光和种子源光并输出混合光至光谱展宽器件；光谱展宽器件用于对耦合器输出的混合光进行光谱展宽，从而产生超连续光谱。本专利技术结合了连续波泵浦和相干飞秒种子源的优点，例如利用一个很微弱的相干飞秒激光脉冲作为种子源，即可产生高质量的、展宽范围更大的超连续光谱，且显著提高了光谱相干性、信噪比，提高了长波长波段孤子峰值功率的分布。同时，微弱飞秒种子源光相对容易获得，降低了装置的制造成本。附图说明图1为实施例一的超连续光谱产生装置示意图；图2为现有技术的超连续光谱产生装置频谱输入示意图；图3为现有技术的超连续光谱产生装置频谱输出示意图；图4为现有技术的超连续光谱产生装置输出能量统计图；图5为实施例一的超连续光谱产生装置频谱输入示意图；图6为实施例一的超连续光谱产生装置频谱输出示意图；图7为实施例一的超连续光谱产生装置输出能量统计图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。实施例一：如图1所示为本实施例的超连续光谱产生装置，其包括连续光泵浦源1、飞秒种子源2、光隔离器3、光纤耦合器4、光谱展宽器件5、输出端6。本实施例中，优选地，连续光泵浦源1通过光隔离器3连接至光纤耦合器4的输入端，在本专利技术其它的实施方式中，可以不用设置光隔离器3。飞秒种子源2也连接至光纤耦合器4的输入端，光纤耦合器4的输出端连接至光谱展宽器件5的输入端；本实施例的光谱展宽器件5采用高非线性系数光纤，例如HNL-DSF光纤、光子晶体光纤PCF等，高非线性系数光纤能够使光谱迅速得到增宽。在一种实施方式中，为了在实际的光通信应用的波段上(例如1500nm)有较好效果，光谱展宽器件为一段高非线性色散移位光纤，连续泵浦光和种子源光混合后经高非线性色散移位光纤进行光谱展宽，形成超连续光谱。在一具体实施例中，高非线性色散移位光纤的二、三阶色散系数分别为-0.17ps2/km和0.0393ps3/km，非线性系数为15/W/km，损耗为10dB/km，长度为400m。高非线性系数光纤5的输出端连接至输出模块6。超连续光谱的产生过程如下，连续光泵浦源1产生连续泵浦光并经由光隔离器3传送至光纤耦合器4的输入端，例如连续光泵浦源1通过激励粒子反转产生连续激光，连续泵浦光的中心波长可以设计为1486nm，光功率为6W。光隔离器3的设置主要用于阻止从光耦合器4反射回连续光泵浦源1的小部分光烧毁连续光泵浦源1。飞秒种子源2产生飞秒级别的种子源光并传送至光纤耦合器4；光纤耦合器4按照设定的功率比例接收连续泵浦光和种子源光并混合后输出合光至高非线性系数光纤5，高非线性系数光纤5对光纤耦合器4输出的混合光进行光谱展宽，在光谱展宽的过程中种子源对泵浦光形成触发控制，从而产生超连续光谱并经由输出模块6进行光处理(例如反射/透射到预定方向)，从而从输出模块6输出符合发射方向的超连续光谱。对于连续光作为泵浦产生超连续光谱的过程，其主要原理是利用非线性光学中的调制不稳定性达到频谱展宽的效果。然而调制不稳定性是由随机噪声驱动的，这导致在不同情况下对实验进行重复后，超连续谱的相干性、信噪比、功率稳定性等都很差。采用本实施例的装置，通过在调制不稳定增益最大点附近的有效范围内加上一个飞秒种子源光作为触发控制光，增加的相干飞秒种子源光的功率比噪声大，在调制不稳定过程中部分代替噪声的作用去调制，而飞秒种子源光本身是相干的且具有在频谱上固定的位置和大小，因此产生的超连续谱的相干性和稳定性得到了极大的提高，从而能够弱化噪声在调制不稳定性增益中的角色，进而极大提高了超连续谱的相干性、信噪比、功率稳定性。具体地，种子源光的波长处于连续泵浦光最大调制不稳定点对应的波长上或附近，可以采用高斯脉冲型的激光脉冲，种子源光的半宽为一飞秒以上、一皮秒以下(例如200飞秒)，其峰值功率在连续泵浦光功率的0.1％到10％范围内可调。连续泵浦光的最大调制不稳定点对应的波长可以根据高非线性色散移位光纤的非线性系数、高非线性色散移位光纤的二阶色散系数和连续泵浦光功率计算得出。从而，种子源光的波长可通过以下方式计算得到：首先计算出连续泵浦光的最大调制不稳定点的相对频率Ω，其计算公式为：其中γ为高非线性色散移位光纤的非线性系数，β2是高非线性色散移位光纤的二阶色散系数，P0是连续泵浦光的光功率；然后通过数学换算可计算出连续泵浦光最大调制不稳定点对应的波长，该波长即种子源的波长，其计算公式如下：λtrigger＝λ0*c/(c+λ0*Ω/(2π))其中，λtrigger为种子源的波长，λ0为泵浦光的中心波长，c为光速，π为圆周率。如图2所示为没加种子源光时的频谱输入，连续波作为泵浦输入时，中心波长在1486nm处；图3中，加上不同的随机噪声，在高非线性系数光纤中传输400m，重复500次结果，其中灰色线代表每一次的结果，黑色线表示他们的平均情况，由于连续泵浦光在高非线性色散移位光纤中调制不稳定性的存在，超连续光谱出现了极少概率的极高功率值的“畸波”(roguewave)，这样的超连续光谱的相干性差；图4为在时域对加上一个1500nm的滤波器后统计产生孤子峰值功率的情况，发现孤子峰值功率呈现L型分布，这是光畸波的一种表现，输出能量不稳定。如图5所示为在最大调制不稳定点(-32.5THz)的地方加上一个200fs半宽(峰值功率1/e处得到的脉冲宽度)的高斯型飞秒种子源光的输入图；图6显示加上种子源光后的频谱输出图，跟图3对比，明显地，其频谱展宽更宽，结果没有出现“畸波”，且谱形较为稳定，相干性得到提升；图7中，对加种子源光后的输出加上一个1600nm的滤波器进行滤波，并统计其峰值功率的分布，与图4对比，其峰值功率集中分布在85瓦特附近，表明其稳定性得到很大的提高。本专利技术利用一个很微弱的相干飞秒激光脉冲作为种子源，即可产生高质量的、展宽范围更大的超连续光谱，且显著提高了光谱相干性、信噪比(特别是在长波长波段，拉曼孤子分布的波段)，提高了长波长波段孤子峰值功率的分布(峰值功率集中在一个很小的范围内)。微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超连续光谱产生装置，其特征在于，包括泵浦源、触发源、耦合器、光谱展宽器件；所述泵浦源和所述触发源分别连接至所述耦合器，所述耦合器连接至所述光谱展宽器件；所述泵浦源用于产生连续泵浦光并传送至所述耦合器；所述触发源用于产生飞秒级别的种子源光并传送至所述耦合器；所述耦合器用于按照设定的功率比例接收连续泵浦光和种子源光并输出混合光至所述光谱展宽器件；所述光谱展宽器件用于对所述耦合器输出的混合光进行光谱展宽，从而产生超连续光谱。

【技术特征摘要】
1.一种超连续光谱产生装置，其特征在于，包括泵浦源、触发源、耦合器、光谱展宽器件；所述泵浦源和所述触发源分别连接至所述耦合器，所述耦合器连接至所述光谱展宽器件；所述泵浦源用于产生连续泵浦光并传送至所述耦合器；所述触发源用于产生飞秒级别的种子源光并传送至所述耦合器；所述耦合器用于按照设定的功率比例接收连续泵浦光和种子源光并输出混合光至所述光谱展宽器件；所述光谱展宽器件用于对所述耦合器输出的混合光进行光谱展宽，从而产生超连续光谱。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述种子源光的半宽为一飞秒以上、一皮秒以下。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述种子源光的波长处于连续泵浦光最大调制不稳定点对应的波长上或附近。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述种子源...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，卢鹏，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44