激光器件制造技术

一种激光器件(10)，用于输出用于在样品(42)中诱导相干拉曼散射的经滤波的光脉冲。激光器件(10)包括：包括第一增益介质(24a)的第一光腔(20a)；和包括与第一增益介质不同的第二增益介质(24b)的第二光腔(20b)。第一增益介质(24a)和第二增益介质(24b)中的每一个均能够由泵浦光源(22a，22b)激发，以产生处于各自不同的波长范围的光。同步器(30)光耦合到第一光腔(20a)和第二光腔(20b)。同步器(30)被配置为对来自第一光腔(20a)和第二光腔(20b)的光进行同步和锁模。激光器件(10)还包括第一光滤波器(34a)和第二光滤波器(34b)。第一光滤波器(34a)和第二光滤波器(34b)被配置为对来自第一光腔(20a)和第二光腔(20b)的光分别进行滤波，以输出处于第一预定波长范围的第一经滤波的光脉冲以及处于第二预定波长范围的第二经滤波的光脉冲。

Laser device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光器件
本专利技术涉及激光器件，具体地，涉及用于与相干拉曼光谱结合使用的激光器件。
技术介绍
拉曼光谱技术(Ramanspectroscopy)能够实现组织和细胞的无标签化学特征。它是基于使用单连续波激光器的分子的拉曼散射效应。这种自发式拉曼散射是弱的，因此拉曼光谱技术通常很慢。相干拉曼光谱技术(coherentRamanspectroscopy，CRS)包括相干反斯托克斯拉曼散射(coherentanti-StokesRamanscattering，CARS)和受激拉曼散射(stimulatedRamanscattering，SRS)，并依赖于分子的非线性激发，以及可以使拉曼强度提高数个量级。从理论上讲，这种拉曼强度的增强允许以视频速率的成像速度来进行测量，因而从理论上讲，意味着CRS可以被应用到多种不同的领域的多种应用中。CRS需要使用来自两个激光源的同步的且处于至少皮秒(pico-second)级的超快的激光器，其中与拉曼频率和带宽相匹配的泵浦和斯托克斯脉冲被用于建立和检测样品中的振动相干性。目前，固态激光器泵浦光参量振荡器已经被广泛地用作CRS的激光源，因为这些激光源可以通入全拉曼光谱(0～4000cm-1)。这种固态激光器件包括作为增益介质的块状掺杂晶体或玻璃，并且需要使用庞大的光学器件。因此，这些器件不仅容易出现错位和不稳定的情况，而且使用它们也会产生高昂的成本。此外，相对较大的占用空间使得它们无法被有效地部署在临床环境中，例如，它们不能轻易地在医院内绕不同的病房进行移动，也不能方便地对它们进行操作。近年来，光纤式激光器的应用越来越受到欢迎，因为这种激光器件提供了一个更简单、更经济的激发源，并且具有更小的占用空间。与固态激光器泵浦光参量振荡器相比，这种激光器件更加可靠并且不需要进行校准。美国专利US7372880公开了一种能够产生超短光脉冲的脉冲光纤激光器。这种脉冲光纤激光器包括光环谐振器，该光环谐振器具有一段掺杂稀土的光纤作为增益介质。在使用中，该增益介质响应经泵浦的光源，以在谐振器中产生光增益。为了便于脉冲的产生，采用碳纳米管(carbonnanotube，CNT)作为非线性光学或可饱和吸收器材料，以将连续波激光转换为超快光脉冲序列。可饱和吸收器是具有一定光损耗的光学元件，其中光损耗在高的光强度下会降低。随着脉冲在光环谐振器中循环，当脉冲每次击中可饱和吸收器时，其使可饱和吸收器的吸收饱和，从而暂时降低了损耗。在每一个谐振器的环路行程中，可饱和吸收器将偏好强度较高的光，因为这种光与强度较低的光相比可以稍微更多地使吸收饱和。经过多次环路行程之后，将维持单一的脉冲。为了从两种不同的激光源中产生同步的光脉冲，目前，对利用被动锁模技术同步双波长超快激光源进行了研究。这种技术需要使用由两个激光源共用的通用可饱和吸收器，例如，将通用可饱和吸收器光耦合到掺杂有不同的稀土材料的两个光纤腔中。张(Zhang)等人在2011年的《光学快报(OpticsLetter)》中的“Passivesynchronizationofall-fiberlasersthroughacommonsaturableabsorber(凭借通用可饱和吸收器来被动同步全光纤激光器)”中公开了两个全光纤锁模激光器的同步，这两个全光纤锁模激光器工作在1μm和1.54μm，并且凭借使用共用的单壁碳纳米管吸收器来进行耦合。此外，张等人在2014年的《光纤技术(OpticalFiberTechnology)》中的“Ultrafastfibrelasersources:Exampleofrecentdevelopments(超快光纤激光源：当前发展的示例)”中概述了在超快紧凑型全光纤激光器的领域中的当前发展情况。具体地，张公开了使用石墨烯和单壁碳纳米管作为被动元件，以在两个耦合的光腔中实现激光脉冲的同步和被动锁模。光腔包括掺杂镱或铒的光纤增益介质，用于产生用于泵浦探测光谱技术的双波长光脉冲。索托(Sotor)等人在2014年的《光学快讯(OpticsExpress)》中的“Passivesynchronizationoferbiumandthuliumdopedfibermode-lockedlasersenhancedbycommongraphenesaturableabsorber(由通用石墨烯可饱和吸收器来增强掺杂铒和铥的光纤的锁模激光器的被动同步)”中公开了使用通用石墨烯可饱和吸收器来同步来自两个环路谐振器的光脉冲，每个环路谐振器包含掺杂铒和铥的光纤增益介质中的一种。在索托所公开的内容中，为了以2μm产生光脉冲，1569nm的激光二极管被用于激发铥增益介质。提供有波分复用(wavelengthdivisionmultiplexer，WDM)滤波器来滤除波长为1569nm的任何未吸收的泵浦光，其中所述未吸收的泵浦光被清除到将要输出1.5μm光脉冲的铒环路谐振器。
技术实现思路
光纤激光器的使用，特别是全光纤激光器的使用导致用于CRS的激光源的小型化，从而实现了移动式或便携式测量系统。这种激光器也不需要校准。特别是，其潜在用途被扩展到不同的领域。然而，在光纤激光器中产生的同步锁模的双激光脉冲典型地分布于宽波长范围，或者在索托公开的情况下，激光脉冲包括未吸收的泵浦光，该未吸收的泵浦光在不希望的波长上出现峰值。因此，当这种光纤激光器在CRS中使用时显著地降低了测量精度。苏(Su)等人在2013年的《美国光学会杂志》B辑中的“Single-fiber-laser-basedwavelengthtunableexcitationforcoherentRamanspectroscopy(用于相干拉曼光谱技术的基于单光纤激光器的波长可调谐激发)”中公开了一种用于相干拉曼光谱技术的单激光器光源。在苏所公开的内容中，泵浦和斯托克斯脉冲之间的频率差是由非线性光纤中的孤子(soliton)自频移产生的(孤子是维持其形状的同时以恒定的速度进行传播的波包)。其公开了另一种提高CRS光谱分辨率的可能行方式是在泵浦和斯托克斯束上应用窄带光滤波器。然而，其还公开了这将显著地降低泵浦和斯托克斯束的光功率，因此，啁啾(chirping，信号的频率随时间变化)被认为是比光学滤波更好的选择。本申请人通过提供一种用于输出用于在样品中诱导相干拉曼散射的经滤波的光脉冲的激光器件，缓解上述的CRS测量精度的提高的问题，其中该激光器件包括：包括第一增益介质的第一光腔；以及包括有与所述第一增益介质不同的第二增益介质的第二光腔。所述第一增益介质和所述第二增益中的每一个均能够由泵浦光源激发，以产生处于各自不同的波长范围的光。换言之，提供了两个光腔。所述激光器件还包括同步器，以及第一光滤波器和第二光滤波器，所述同步器光耦合到所述第一光腔和所述第二光腔，其中所述同步器被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的光进行同步和锁模，所述第一光滤波器和所述第二光滤波器被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的光分别进行滤波，以输出处于第一预定波长范围的第一经滤波的光脉冲以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器件，用于输出用于在样品中诱导相干拉曼散射的经滤波的光脉冲，所述激光器件包括：/n第一光腔和第二光腔，所述第一光腔包括第一增益介质，所述第二光腔包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质中的每一个均能够由泵浦光源激发，以产生处于各自不同的波长范围的光；/n同步器，其光耦合到所述第一光腔和所述第二光腔，其中，所述同步器被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的所述光进行同步和锁模；以及/n第一光滤波器和第二光滤波器，其中，所述第一光滤波器和所述第二光滤波器被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的所述光分别进行滤波，以输出处于第一预定波长范围的第一经滤波的光脉冲以及处于第二预定波长范围的第二经滤波的光脉冲；/n其中，所述第一光滤波器或所述第二光滤波器中的至少一个是可调谐光滤波器，并且被配置为分别改变所述第一预定波长范围或所述第二预定波长范围；并且其中，所述同步器包括可饱和吸收器，并且被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的光脉冲进行同步和被动锁模。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170512 IT 1020170000519351.一种激光器件，用于输出用于在样品中诱导相干拉曼散射的经滤波的光脉冲，所述激光器件包括：
第一光腔和第二光腔，所述第一光腔包括第一增益介质，所述第二光腔包括与所述第一增益介质不同的第二增益介质，其中，所述第一增益介质和所述第二增益介质中的每一个均能够由泵浦光源激发，以产生处于各自不同的波长范围的光；
同步器，其光耦合到所述第一光腔和所述第二光腔，其中，所述同步器被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的所述光进行同步和锁模；以及
第一光滤波器和第二光滤波器，其中，所述第一光滤波器和所述第二光滤波器被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的所述光分别进行滤波，以输出处于第一预定波长范围的第一经滤波的光脉冲以及处于第二预定波长范围的第二经滤波的光脉冲；
其中，所述第一光滤波器或所述第二光滤波器中的至少一个是可调谐光滤波器，并且被配置为分别改变所述第一预定波长范围或所述第二预定波长范围；并且其中，所述同步器包括可饱和吸收器，并且被配置为对来自所述第一光腔和所述第二光腔的光脉冲进行同步和被动锁模。


2.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，所述可调谐光滤波器包括基于光纤可调谐光滤波器的标准具。


3.根据权利要求1或2所述的激光器件，其特征在于，所述第一光滤波器和所述第二光滤波器被分别设置在所述第一光腔和所述第二光腔的内部，并且所述第一光腔和所述第二光腔在第一光出口和第二光出口分别输出所述经滤波的光脉冲。


4.根据权利要求1或2所述的激光器件，其特征在于，所述第一光滤波器和所述第二光滤波器被分别设置在所述第一光腔和所述第二光腔的外部，并且所述第一光腔和所述第二光腔在第一光出口和第二光出口分别输出所述光。


5.根据权利要求3或4所述的激光器件，其特征在于，还包括：第一光纤放大器和第二光纤放大器，所述第一光纤放大器在所述第一光出口处并且掺杂有所述第一增益介质，所述第二光纤放大器在所述第二光出口处并且掺杂有所述第二增益介质，所述第一光纤放大器和所述第二光纤放大器用于放大所述光或所述经滤波的光脉冲。


6.根据前述权利要求中任一项所述的激光器件，其特征在于，所述同步器包括石墨烯或碳的同素异构物。


7.根据前述权利要求中任一项所述的激光器件，其特征在于，所述激光器件是光纤激光器。


8.根据权利要求7所述的激光器件，其特征在于，所述激光器件是全光纤激光器。


9.根据权利要求7或8所述的激光器件，其特征在于，所述第一光腔和所述第二光腔中的每一个均包括各向同性光纤。


10.根据权利要求7至9中任一项所述的激光器件，其特征在于，所述第一光腔和所述第二光腔中的每一个均包括单模光纤。


11.根据前述权利要求中任一项所述的激光器件，其特征在于，所述第一光腔和所述第二光腔中的一个包括光延迟线，该光延迟线用于将所述第一光腔和所述第二光腔的长度进行匹配。


12.根据权利要求11所述的激光器件，其特征在于，所述光延迟线包括光纤尾纤式光延迟线。


13.根据前述权利要求中任一项所述的激光器件，其特征在于，所述增益介质包括镱或铒中的任一种。


14.根据前述权利要求中任一项所述的激光器件，其特征在于，所述预定波长范围对应于0～4000cm-1的全拉曼光谱。


15.根据权利要求14所述的激光器件，其特征在于，所述预定波长范围包括：1040nm至1080nm的范围和/或1535nm至1600nm的范围。


16.一种光学设备，包括：前述权利要求中任一项所述的激光器件；以及两个准直器，所述两个准直器被配置为将所述经滤波的光脉冲进行准直。


17.根据权利要求16所述的光学设备，其特征在于，还包括：两个分色镜，所述两个分色镜被配置为将来自所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·波帕，朱利奥·塞鲁洛，图利奥·斯科皮诺，达里奥·波里，安德里亚·法拉利，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，米兰综合工科大学，意大利学院科技基金会，
类型：发明
国别省市：英国;GB