CN107492781B - 1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源 - Google Patents

1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源 Download PDF

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Abstract

1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，属于生物医学光源领域，为解决现有技术的问题，1550nm波段激光器、强度调制器一、强度调制器二、掺铒光纤放大器一、ASE滤波器、强度调制器三、掺铒光纤放大器二、高非线性光纤、波分复用器和Sagnac环依次光纤连接；任意波形发生器的三个电端口分别连接微波放大器一，微波放大器二，微波放大器三；微波放大器一连接强度调制器一，微波放大器二连接强度调制器二，微波放大器三连接强度调制器三；Sagnac环的末端为该光源输出端；Sagnac环的末端为该光源输出端；本发明在生物治疗、中红外激光器等领域具有广泛的应用前景。

Description

1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源
技术领域
本发明涉及生物特殊波段宽带脉冲光源，具体涉及一种1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，属于生物医学光源领域。
背景技术
1.7μm波段处于1.45μm和1.9μm两个水吸收峰间的波谷，同时处于脂肪和胶原的高吸收峰。由于生物组织含有大量水分子，基于1.7μm波段光源的探测成像仪器吸收损耗低，成像深度大。为此1.7μm波段光源在光学相干层析成像(OCT)、多光子荧光显微成像(MFLM)、激光手术等领域有着重要应用。除了生物医学方面的研究，由于1.7μm波段覆盖了某些聚合分子的共振波段(1720nm),可以被用作激光加工和激光成型等方面。1.7μm波段高功率激光器也可用作4μm波段泵浦源，产生中红外激光输出。另外为解决现有的通信波段日趋饱和，需要探索新的技术手段来满足日益增加的通信容量，更长波段(如1.7μm波段)的推进就成为了必要。为此1.7μm波段(1650-1750nm)的光源受到大量的关注，国内外已有大量学者对其进行研究。现有1.7μm波段的宽带光源多采用连续激光泵浦、脉冲光泵浦等方法，存在环境稳定性差、光源带宽和波长个数有限等问题。
中国论文名称为“光学层析成像用1.7μm波段增益谱和宽带光源实验研究”，中国激光，V43(7)，2016.7。该光源具体结构如图1所示：1550nm波段ASE泵浦光1、可调谐滤波器2、掺铒光纤放大器3、三端口光纤环行器4、300m长高非线性光纤5、10km长色散位移光纤6和由三端口光纤耦合器7的d端口连接，而三端口光纤耦合器7的e端口和f端口组用光纤连接。三端口光纤环行器4的a端口与掺铒光纤放大器3光纤连接，b端口与300m长高非线性光纤5光纤连接，三端口光纤环行器4的b端口与掺饵光纤8光纤连接，而掺饵光纤8光纤连接与由四端口光纤耦合器9的g端口连接，四端口光纤耦合器9的i端口、保偏光纤10、偏振控制器11、四端口光纤耦合器9的j端口光纤依次连接。四端口光纤耦合器9的h端口为光源输出端。该光源以放大自发辐射(ASE)光源抽运产生非线性效应，并采用掺饵光纤滤波整形的方法来实现峰值波长为1675nm，10dB带宽范围约为75nm的宽带光源。但是，该光源存在以下缺陷：1)采用了较长的光纤来增加非线性效应，使得该装置环境稳定性较差；2)由于采用连续光作为泵浦源，非线性效应阈值高，产生的光源带宽有限，也无法产生脉冲宽带光源。
发明内容
本发明为解决现有的1.7μm波段宽带多波长光源存在光源带宽和波长个数有限、环境稳定性差的问题，提出了一种适合全光纤、稳定性好的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源。
本发明采取以下技术方案：
1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征是，其包括：
激光器、强度调制器一、强度调制器二、掺铒光纤放大器一、ASE滤波器、强度调制器三、掺铒光纤放大器二、高非线性光纤、波分复用器和Sagnac环依次光纤连接；任意波形发生器的三个电端口分别连接微波放大器一，微波放大器二，微波放大器三；微波放大器一连接强度调制器一，微波放大器二连接强度调制器二，微波放大器三连接强度调制器三；Sagnac环的末端为该光源输出端。
所述激光器为1550nm波段激光器。
所述强度调制器一、强度调制器二和强度调制器三为1550nm波段电光调制器。
所述ASE滤波器为1550nm波段滤波器，用于过滤放大器引入的ASE噪声。
所述掺铒光纤放大器一为小信号增益用的光纤放大器。
所述任意波形发生器用于产生不同重复频率的任意脉冲波形。
所述掺铒光纤放大器二为高功率的光纤放大器；
所述高非线性光纤长度为1000m；
所述波分复用器为1.7μm和1.5μm波段波分复用器，用于去除1550nm波段的泵浦光。
所述Sagnac环用于过滤宽带脉冲光源产生多波长脉冲。
本发明有益效果:
1)采用全光纤器件使得装置结构紧凑、容易装调及环境稳定性较高；
2)采用基于多调制器产生的重频可调窄脉宽脉冲光源作为泵浦源，降低阈值、增加光源带宽、波长个数和输出功率。
本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源在生物治疗、中红外激光器等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：现有的1.7μm波段的宽带光源结构示意图。
图2：本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源结构示意图。
图3:本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源光谱图。
图4:本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源光谱细节。
图5:本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源的时域上单个脉冲。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图2所示，本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，包括以下部件：激光器12、强度调制器一13、强度调制器二14、掺铒光纤放大器一15、ASE滤波器16、强度调制器三17、任意波形发生器18、微波放大器一19、微波放大器二20、微波放大器三21、掺铒光纤放大器二22、高非线性光纤23、波分复用器24和Sagnac环25。
激光器12、强度调制器一13、强度调制器二14、掺铒光纤放大器一15、ASE滤波器16、强度调制器三17、掺铒光纤放大器二22、高非线性光纤23、波分复用器24和Sagnac环25依次光纤连接。任意波形发生器18的三个电端口经由电缆分别连接微波放大器一19、微波放大器二20和微波放大器三21。而微波放大器一19通过电缆连接强度调制器一13，微波放大器二20通过电缆连接强度调制器二14，微波放大器三21通过电缆连接强度调制器三17。Sagnac环23的末端为光源输出端。
所述激光器为1550nm波段激光器。所述强度调制器一13、强度调制器二14和强度调制器三17为1550nm波段电光调制器；所述ASE滤波器15为1550nm波段滤波器，用于过滤放大器引入的ASE噪声；所述掺铒光纤放大器一15为小信号增益用的光纤放大器；所述掺铒光纤放大器二22为高功率的光纤放大器；所述高非线性光纤23长度为1000m；所述波分复用器24为1.7μm和1.5μm波段波分复用器，用于去除1550nm波段的泵浦光。所述Sagnac环25用于过滤宽带脉冲光源产生多波长脉冲。所述任意波形发生器18用于产生不同重复频率的任意脉冲波形。
本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源的工作过程如下：
1550nm波段激光器12发射连续的激光经过强度调制器一13和强度调制器二14调制成频率为10GHz以上的脉冲光，双调制器同时调制用于压窄脉冲宽度，方便产生宽带信号。脉冲光经由掺铒光纤放大器一15放大，然后由ASE滤波器16过滤噪声后进入强度调制器三17调制。强度调制器三17完成重复频率的选择后得到重复频率可调的脉冲光，该脉冲光经由掺铒光纤放大器二22功率放大到瓦级后注入高非线性光纤23产生宽带光源，宽带光源经由波分复用器24滤波去除1.5μm波段泵浦光，并得到1.7μm波段宽带光源。宽带光源经由Sagnac环25得到1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲多波长光源。调节强度调制器三17的调制频率和占空比，可控制输出皮秒脉冲的重复频率。
如图3所示，本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源产生的光谱，所显示光谱功率值已经过衰减，峰值波长约为1750nm，带宽大于200nm。
如图4所示，本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源产生的光谱细节，周期间隔约3nm，信噪比约为20dB。
如图5所示，本发明1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源的时域上单个脉冲，其脉冲宽度约511ps，重复频率为200MHz。

Claims (10)

1.1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征是，其包括：
激光器(12)、强度调制器一(13)、强度调制器二(14)、掺铒光纤放大器一(15)、ASE滤波器(16)、强度调制器三(17)、掺铒光纤放大器二(22)、高非线性光纤(23)、波分复用器(24)和Sagnac环(25)依次光纤连接；任意波形发生器(18)的三个电端口分别连接微波放大器一(19)，微波放大器二(20)，微波放大器三(21)；微波放大器一(19)连接强度调制器一(13)，微波放大器二(20)连接强度调制器二(14)，微波放大器三(21)连接强度调制器三(17)；Sagnac环(23)的末端为该光源输出端；激光器(12)发射连续的激光经过强度调制器一(13)和强度调制器二(14)调制成频率为10GHz以上的脉冲光。
2.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述激光器(12)为1550nm波段激光器。
3.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述强度调制器一(13)、强度调制器二(14)和强度调制器三(17)为1550nm波段电光调制器。
4.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述ASE滤波器(15)为1550nm波段滤波器，用于过滤放大器引入的ASE噪声。
5.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述掺铒光纤放大器一(15)为小信号增益用的光纤放大器。
6.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述任意波形发生器(18)用于产生不同重复频率的任意脉冲波形。
7.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述掺铒光纤放大器二(22)为高功率的光纤放大器。
8.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述高非线性光纤(23)长度为1000m。
9.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述波分复用器(24)为1.7μm和1.5μm波段波分复用器，用于去除1550nm波段的泵浦光。
10.根据权利要求1所述的1.7μm波段宽带皮秒脉冲多波长光纤光源，其特征在于，所述Sagnac环(25)用于过滤宽带脉冲光源产生多波长脉冲。
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