CN107611758B - 1.7μm波段波长和重频可调的皮秒脉冲光源 - Google Patents
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Abstract
1.7μm波段波长和重频可调的皮秒脉冲光源，属于生物医学光源领域，为解决现有的1.7μm波段脉冲光源装配复杂、环境稳定性较差、重复频率调谐难的问题，1550nm波段激光器、强度调制器一、掺铒光纤放大器一、ASE滤波器、强度调制器二、强度调制器三、掺铒光纤放大器二、高非线性光纤、1.7μm波段波分复用器和1.7μm波段滤波器依次光纤连接；任意波形发生器的三个电端口分别连接微波放大器一、微波放大器二和微波放大器三；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；1.7μm波段滤波器的末端为光源输出端；在生物治疗、中红外激光器等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物特殊波段可调谐光源，具体涉及一种1.7μm波段波长和重频可调的皮秒脉冲光源，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)的激光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波段的脉冲光源多采用传统的锁模、孤子自频移等方法，存在装配复杂、环境稳定性较差、重复频率调谐难等问题。
中国专利申请号为201610305758.5，名称为“一种高功率可调谐1.7μm锁模光纤激光器”，该光源结构如图1所示，所述高功率种子源部分包括腔体部分和空间部分，其中：腔体部分包括半导体光泵浦1、光纤合束器2、色散补偿光纤3、第一光纤准直器4、双包层增益光纤12；空间光路部分包括第一1/4波片5、第一1/2波片6、偏振分束棱镜7、双折射滤波片8、第一光隔离器9、第二1/4波片10；所述孤子自频移部分包括宽带平面高反镜13、第二光隔离器14、第二1/2波片15、透镜16和孤子自频移装置17；所述高功率种子源部分为按顺序熔接在一起的半导体光泵浦1、光纤合束器2、色散补偿光纤3和第一光纤准直器4；所述光纤合束器2的另一输出端与双包层Er:Yb共掺增益光纤12、第二光纤准直器11顺序熔接；在第一光纤准直器4和第二光纤准直器11设置空间光路部分，所述空间光路依次为第一1/4波片5、第一1/2波片6、偏振分束棱镜7、双折射滤波片8、第一光隔离器9、第二1/4波片10；所述孤子自频移部分是光路中依次放置的第二光隔离器14、第二1/2波片15、透镜16和孤子自频移装置17。高功率种子源部分为所设计的1550nm波段可调谐锁模光纤激光器，高功率1550nm激光进入孤子自频谱装置完成1550nm波段到1.7μm波段的转换，可实现自启锁模激光输出和高功率调谐输出。
然而，该光纤激光器存在以下缺陷：1)采用了较多的空间光元件(如偏振分束棱镜、1/4波片、1/2波片等)，腔内存在有空间光耦合到单模光纤结构，所以该装置装配复杂及环境稳定性较差；2)1550nm波段锁模光纤激光器部分，腔长固定，所以产生的1.7μm波段激光信号重复频率调谐难。
发明内容
本发明为解决现有的1.7μm波段脉冲光源装配复杂、环境稳定性较差、重复频率调谐难的问题，提出了一种适合全光纤、稳定性好的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源。
本发明采取以下技术方案：
1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征是，
激光器、强度调制器一、掺铒光纤放大器一、ASE滤波器、强度调制器二、强度调制器三、掺铒光纤放大器二、高非线性光纤、1.7μm波段波分复用器和1.7μm波段滤波器依次光纤连接；任意波形发生器的三个电端口分别连接微波放大器一、微波放大器二和微波放大器三；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；1.7μm波段滤波器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、强度调制器二和强度调制器三为1550nm波段电光调制器。
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1.7μm波段波分复用器用于去除1550nm波段的泵浦光。
所述1.7μm波段滤波器用于过滤出1.7μm波段的脉冲光。
本发明有益效果：1)采用基于多调制器的波长重频可调1.5μm脉冲光源作为泵浦源，使得产生的1.7μm波段皮秒脉冲光源其波长和重频可调。2)采用全光纤器件,使得装置结构紧凑，容易装调，环境稳定性较高；
本发明1.7μm波段脉冲光源在生物治疗、中红外激光器等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1：已有的1.7μm波段的脉冲激光器结构示意图。
图2：本发明1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源结构示意图。
图3：本发明1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源的波长可调谐范围示意图。
图4：本发明1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源的单个脉冲示意图。
图5：本发明1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源的不同重频脉冲示意图。
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波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，包括以下部件：激光器18、强度调制器一19、掺铒光纤放大器一20、ASE滤波器21、强度调制器二22、任意波形发生器23、微波放大器一24、微波放大器二25、微波放大器三26、强度调制器三27、掺铒光纤放大器二28、高非线性光纤29、1.7μm波段波分复用器30和1.7μm波段滤波器31。
激光器18、强度调制器一19、掺铒光纤放大器一20、ASE滤波器21、强度调制器二22、强度调制器三27、掺铒光纤放大器二28、高非线性光纤29、1.7μm波段波分复用器30和1.7μm波段滤波器31依次光纤连接；任意波形发生器23的三个电端口经由电缆分别连接微波放大器一24、微波放大器二25和微波放大器三26。微波放大器三24通过电缆连接强度调制器一19，微波放大器二25通过电缆连接强度调制器二22，微波放大器三25通过电缆连接强度调制器327。1.7μm波段滤波器29的末端为光源输出端。
所述激光器18为1550nm波段激光器。
所述强度调制器一19、强度调制器二22和强度调制器三27为1550nm波段电光调制器。
所述掺铒光纤放大器一20为小信号增益用的光纤放大器。
所述ASE滤波器21为1550nm波段滤波器，用于过滤放大器引入的ASE噪声。
所述任意波形发生器23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二28为高功率的光纤放大器。
所述高非线性光纤29长度为1000m。
所述1.7μm波段波分复用器30用于去除1550nm波段的泵浦光。
所述1.7μm波段滤波器31用于过滤出1.7μm波段的脉冲光。
1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源的工作过程如下：
激光器18发射连续的激光经过强度调制器一19调制成频率为10GHz以上的脉冲光，脉冲光经由掺铒光纤放大器一20放大，而后由ASE滤波器21过滤噪声后进入强度调制器二22和强度调制器三27调制。强度调制器二22和强度调制器三27进行两次相同的重复频率选择后得到高信噪比重复频率可调的脉冲光，该脉冲光经由掺铒光纤放大器二28功率放大到瓦级后注入高非线性光纤29产生宽带光源，宽带光源经由1.7μm波段波分复用器30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1.7μm波段滤波器31得到1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源。通过调节1.7μm波段滤波器31，可实现波长可调谐。同时调节强度调制器二22和强度调制器三27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，本发明的1.7μm波段皮秒脉冲光源的波长可调谐范围，通过调节1.7μm波段滤波器31，调节腔内滤波特性，实现1.7μm波段的脉冲光源波长可调谐43nm(1660nm-1703nm)。
如图4所示，本发明的1.7μm波段皮秒脉冲光源的单个脉冲，其脉冲宽度约50ps，重复频率为200MHz。.
如图5所示，本发明的1.7μm波段皮秒脉冲光源的不同重频脉冲，重复频率调谐范围为100MHz-400MHz。
Claims (10)
1.1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征是，
激光器(18)、强度调制器一(19)、掺铒光纤放大器一(20)、ASE滤波器(21)、强度调制器二(22)、强度调制器三(27)、掺铒光纤放大器二(28)、高非线性光纤(29)、1.7μm波段波分复用器(30)和1.7μm波段滤波器(31)依次光纤连接；
任意波形发生器(23)的三个电端口分别连接微波放大器一(24)、微波放大器二(25)和微波放大器三(26)；
微波放大器一(24)连接强度调制器一(19)，微波放大器二(25)连接强度调制器二(22)，微波放大器三(25)连接强度调制器三(27)；
1.7μm波段滤波器(29)的末端为光源输出端；
激光器(18)发射连续的激光经过强度调制器一(19)调制成频率为10GHz以上的脉冲光，脉冲光经由掺铒光纤放大器一(20)放大，而后由ASE滤波器(21)过滤噪声后进入强度调制器二(22)和强度调制器三(27)调制。
2.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述激光器(18)为1550nm波段激光器。
3.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述强度调制器一(19)、强度调制器二(22)和强度调制器三(27)为1550nm波段电光调制器。
4.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述掺铒光纤放大器一(20)为小信号增益用的光纤放大器。
5.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述ASE滤波器(21)为1550nm波段滤波器，用于过滤放大器引入的ASE噪声。
6.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述任意波形发生器(23)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波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述掺铒光纤放大器二(28)为高功率的光纤放大器。
8.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述高非线性光纤(29)长度为1000m。
9.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述1.7μm波段波分复用器(30)用于去除1550nm波段的泵浦光。
10.根据权利要求1所述的1.7μm波段波长和重频可调谐皮秒脉冲光源，其特征在于，所述1.7μm波段滤波器(31)用于过滤出1.7μm波段的脉冲光。
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