中红外飞秒光纤激光光源系统技术方案

本发明专利技术公开了一种中红外飞秒光纤激光光源系统。其中，该系统包括：被动锁模光纤振荡腔，被配置为色散管理腔，用于输出具有正啁啾的高阶孤子脉冲；偏振模色散控制器,通过光纤连接被动锁模光纤振荡腔，用于对高阶孤子脉冲施加偏振模色散进行色散调制，输出经色散调制的高阶孤子脉冲；光纤放大器，通过光纤连接偏振模色散控制器，用于对经色散调制的高阶孤子脉冲进行放大操作和压缩操作，以实现经色散调制的高阶孤子脉冲向拉曼孤子脉冲的转换；碲基软玻璃光纤，通过光纤连接光纤放大器，用于将拉曼孤子脉冲平移到中红外波段上，得到中红外波段的可调谐飞秒拉曼孤子脉冲。本发明专利技术解决了拉曼孤子的转换效率较低的技术问题。

Mid infrared femtosecond fiber laser source system

【技术实现步骤摘要】
中红外飞秒光纤激光光源系统
本专利技术涉及激光器领域，具体而言，涉及一种中红外飞秒光纤激光光源系统。
技术介绍
可调谐高能量中红外飞秒脉冲在生物医疗、生物成像、中红外非线性、光学精密测量、特殊气体检测以及材料精密加工等众多领域具有重要的应用价值。目前产生高能量中红外飞秒脉冲主要靠光参量振荡（OPO/OPA）、特定波长中红外晶体（Fe:Znse、Cr:Znse）或掺铒/铥离子的软玻璃光纤获得。其获得途径复杂，系统庞大，操作困难，成本较高，不适合在多个领域大范围推广，限制了中红外飞秒脉冲在多个领域的应用。近年，随着非线性光纤光学的发展，利用光纤非线性特性获得激光光源与中红外超连续光源的研究成了研究热点。其中，利用孤子自频移效应，不仅可以获得高平均功率飞秒脉冲激光光源，还可以无需波长调谐器件就能实现宽带可调谐的飞秒激光脉冲输出。孤子自频移是指高峰值功率超短脉冲在负色散波导中传输时，进入非线性介质，在拉曼散射的作用下发生红移现象。拉曼孤子自频移由于其可以得到光谱可调谐的高质量飞秒脉冲，越来越受到人们的关注。通过使用拉曼孤子自频移的方式，可以获得常规增益光纤所不能覆盖的光谱范围的超短脉冲。目前，拉曼孤子得到广泛研究，但目前报道的拉曼孤子系统全光纤化程度不高；拉曼孤子光谱的纯净度不高，不能保持单个拉曼孤子激光的自频移，多表现为超连续光谱形式；拉曼孤子的转换效率较低，泵浦转换效率多低于50%。在光纤中得到宽带可调谐的高能量、高效率、高纯度的中红外拉曼孤子具有很高的应用意义。综上所述，针对拉曼孤子的转换效率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种中红外飞秒光纤激光光源系统，以至少解决拉曼孤子的转换效率较低的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种中红外飞秒光纤激光光源系统，包括：被动锁模光纤振荡腔（110），被配置为色散管理腔，用于输出具有正啁啾的高阶孤子脉冲；偏振模色散控制器（120）,通过光纤连接被动锁模光纤振荡腔（110），用于对高阶孤子脉冲施加偏振模色散进行色散调制，输出经色散调制的高阶孤子脉冲，其中，根据光纤放大器（130）输出的拉曼孤子脉冲的能量的反馈，确定施加至高阶孤子脉冲的偏振模色散的值，使得高阶孤子脉冲转换为拉曼孤子脉冲的能量转换效率达到最大值；光纤放大器（130），通过光纤连接偏振模色散控制器（120），用于对经色散调制的高阶孤子脉冲进行放大操作和压缩操作，以实现经色散调制的高阶孤子脉冲向拉曼孤子脉冲的转换；碲基软玻璃光纤（140），通过光纤连接光纤放大器（130），用于将拉曼孤子脉冲平移到中红外波段上，得到中红外波段的可调谐飞秒拉曼孤子脉冲。进一步地，色散管理腔包括两种色散光纤、锁模器件以及偏振控制器件，色散管理腔的净色散量为正色散，腔的净色散为正并接近零值。进一步地，两种色散光纤分别为二阶β2>0的正色散掺铥增益光纤和二阶色散β’2<0的负色散无源传输光纤，两种色散光纤的长度分别为正色散掺铥增益光纤的长度L1和负色散无源传输光纤的长度L2，色散管理腔的色散满足如下条件：0<β2*L1+β’2*L2≈0。进一步地，锁模器件为宽光谱带宽的半导体可饱和吸收体、石墨烯、黑鳞或拓扑绝缘体材料。进一步地，偏振控制器件用于调节色散管理腔中的偏振量，使得色散管理腔输出阶数大于10、宽度大于15nm、且中心波长位于1900nm-2000nm之间的孤子脉冲。进一步地，偏振模色散控制器（120）中所用的光纤满足如下至少两个条件：所用的光纤长度小于第一走离长度（LW1），其中，第一走离长度（LW1）为经色散调制的高阶孤子脉冲在所用的光纤中的走离长度；以及所用的光纤在经色散调制的高阶孤子脉冲波长处为负色散，以对经色散调制的高阶孤子脉冲进行预压缩，直到经色散调制的高阶孤子脉冲的宽度小于500fs，使得第一走离长度（LW1）接近该脉冲的第一色散长度，其中，第一色散长度（LD）为经色散调制的高阶孤子脉冲在所用的光纤中的色散长度。进一步地，光纤放大器（130）中所用的增益光纤采用掺铥或铥钬共掺光纤，增益光纤的零色散点靠近1900nm，用于增加第二走离长度（LW2），且用于使经色散调制的高阶孤子脉冲工作在增益光纤的负色散区，以对经色散调制的高阶孤子脉冲进行压缩和放大；第二走离长度（LW2）为经色散调制的高阶孤子脉冲在增益光纤中的走离长度，增加第二走离长度使得被压缩的经色散调制的高阶孤子脉冲在更长的走离距离上转化为拉曼孤子脉冲。进一步地，碲基软玻璃光纤（140）为碲酸盐或碲化物光纤，调整碲基软玻璃光纤（140）的纤芯直径值来调整碲基软玻璃光纤（140）的零色散点，使其零色散点小于光纤放大器（130）中产生的拉曼孤子脉冲的波长，以使拉曼孤子脉冲高效率地向中红外波段转换，得到中红外飞秒拉曼孤子脉冲，中红外飞秒拉曼孤子脉冲传输过程中存在孤子压缩效应，碲基软玻璃光纤中产生的中红外飞秒拉曼孤子脉冲宽度低于光纤放大器（130）中输出的拉曼孤子脉冲。进一步地，通过调节偏振模色散控制器（120）中施加至高阶孤子脉冲的偏振模色散的值，来调节高阶孤子脉冲向拉曼孤子脉冲的转换效率；通过调节光纤放大器（130）的放大倍率，来调节中红外飞秒拉曼孤子脉冲的波长，中红外飞秒拉曼孤子脉冲波长的调节范围为2000nm到3000nm。进一步地，碲基软玻璃光纤（140）产生的中红外飞秒拉曼孤子脉冲为高纯度的脉冲，其中不包含多级拉曼孤子，不含有超连续光谱成分。在本专利技术实施例中，通过合理设计激光器振荡腔，并增加偏振模色散控制器（120）这一模块，对高阶孤子脉冲进行偏振色散管理，来控制后级放大器中拉曼孤子的转换效率，通过检测光纤放大器（130）输出的拉曼孤子脉冲的能量，并将该能量值闭环反馈回偏振模色散控制器（120），来确定施加至高阶孤子脉冲的偏振模色散的值，从而实现了高阶孤子脉冲向拉曼孤子脉冲的能量转换效率的最大化，进而解决了拉曼孤子的转换效率较低的技术问题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的一种可选的中红外飞秒光纤激光光源系统的示意框图；图2是根据本专利技术实施例的一种可选的中红外飞秒光纤激光光源系统的结构示意图；图3是根据本专利技术实施例的另一种可选的中红外飞秒光纤激光光源系统的结构示意图；图4是根据本专利技术实施例的产生的中红外拉曼孤子的光谱成分示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术实施例，提供了一种中红外飞秒光纤激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中红外飞秒光纤激光光源系统，其特征在于，包括：/n被动锁模光纤振荡腔（110），被配置为色散管理腔，用于输出具有正啁啾的高阶孤子脉冲；偏振模色散控制器（120）,通过光纤连接所述被动锁模光纤振荡腔（110），用于对所述高阶孤子脉冲施加偏振模色散进行色散调制，输出经色散调制的高阶孤子脉冲，其中，根据光纤放大器（130）输出的拉曼孤子脉冲的能量的反馈，确定施加至所述高阶孤子脉冲的偏振模色散的值，使得高阶孤子脉冲转换为拉曼孤子脉冲的能量转换效率达到最大值；光纤放大器（130），通过光纤连接所述偏振模色散控制器（120），用于对所述经色散调制的高阶孤子脉冲进行放大操作和压缩操作，以实现所述经色散调制的高阶孤子脉冲向拉曼孤子脉冲的转换；碲基软玻璃光纤（140），通过光纤连接所述光纤放大器（130），用于将所述拉曼孤子脉冲平移到中红外波段上，得到中红外波段的可调谐飞秒拉曼孤子脉冲。/n

【技术特征摘要】
1.一种中红外飞秒光纤激光光源系统，其特征在于，包括：
被动锁模光纤振荡腔（110），被配置为色散管理腔，用于输出具有正啁啾的高阶孤子脉冲；偏振模色散控制器（120）,通过光纤连接所述被动锁模光纤振荡腔（110），用于对所述高阶孤子脉冲施加偏振模色散进行色散调制，输出经色散调制的高阶孤子脉冲，其中，根据光纤放大器（130）输出的拉曼孤子脉冲的能量的反馈，确定施加至所述高阶孤子脉冲的偏振模色散的值，使得高阶孤子脉冲转换为拉曼孤子脉冲的能量转换效率达到最大值；光纤放大器（130），通过光纤连接所述偏振模色散控制器（120），用于对所述经色散调制的高阶孤子脉冲进行放大操作和压缩操作，以实现所述经色散调制的高阶孤子脉冲向拉曼孤子脉冲的转换；碲基软玻璃光纤（140），通过光纤连接所述光纤放大器（130），用于将所述拉曼孤子脉冲平移到中红外波段上，得到中红外波段的可调谐飞秒拉曼孤子脉冲。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述色散管理腔包括两种色散光纤、锁模器件以及偏振控制器件，所述色散管理腔的净色散量为正色散，腔的净色散为正并接近零值。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两种色散光纤分别为二阶β2>0的正色散掺铥增益光纤和二阶色散β’2<0的负色散无源传输光纤，所述两种色散光纤的长度分别为正色散掺铥增益光纤的长度L1和负色散无源传输光纤的长度L2，所述色散管理腔的色散满足如下条件：0<β2*L1+β’2*L2≈0。


4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述锁模器件为宽光谱带宽的半导体可饱和吸收体、石墨烯、黑鳞或拓扑绝缘体材料。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述偏振控制器件用于调节所述色散管理腔中的偏振量，使得所述色散管理腔输出阶数大于10、宽度大于15nm、且中心波长位于1900nm-2000nm之间的孤子脉冲。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏振模色散控制器（120）中所用的光纤满足如下至少两个条件：
所用的光纤长度小于第一走离长度（LW1），其中，所述第一走离...

【专利技术属性】
技术研发人员：师红星，张琦，
申请(专利权)人：苏州曼德特光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32