CN102130413A - 基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源 - Google Patents

基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源。它由半导体激光泵浦源、多模光纤合束器、第一高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、多组分掺杂石英光纤和第二高反射率光纤光栅组成。半导体激光泵浦源提供激励能量；光纤光栅对用于形成激光振荡；Yb掺杂双包层光纤用以提供激光增益；多组分掺杂石英光纤用于产生饱和吸收效应并由此诱导受激布里渊散射产生超短脉冲激光输出，并激励获得超连续谱激光输出。本发明通过半导体激光器泵浦，Yb掺杂双包层光纤和多组分掺杂石英光纤进行组合，不需采用微结构光子晶体光纤。可以获得一种结构形式简单、具有较高输出功率、光谱范围宽、平坦度好的超连续谱激光源。

Description

基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源。
背景技术
光脉冲在高非线性光纤中的时域和频域演化，不仅受到诸如自发相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）、受激喇曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）等多种非线性效应的影响，也受到光纤色散特性的影响，所有这些非线性过程都可以产生新的频率分量。对于足够强的脉冲，能够将激光光谱展宽上百nm 以上，这种现象称之为超连续谱产生。
超连续谱光源具有很宽的光谱，能够广泛应用于各种需要宽光谱光源的领域。目前，超连续谱光源的应用领域主要有：多信道通信光源、光谱学、光学相干层析（OCT）、光频率计量学、光纤特性测试、通信器件（WDM）测试等。由于超连续谱光源有宽光谱、高亮度的特性，已经展现出非常广阔的应用前景。
目前，产生超连续谱激光的主要方法为利用高功率超短脉冲（fs或ps）激光器激励微结构的非线性光纤，实现超连续谱激光输出。但是，超短脉冲激光器一般体积较大，造价昂贵；其使用的非线性光纤绝大多数为光子晶体光纤。虽然光子晶体光纤有其固有的优势，例如非线性吸收比较大，群速度色散（GVD）波长位置可由设计控制等，这些优势有助于通过合理的设计光纤结构来实现对超连续谱光谱宽度、平坦度的控制。但是，光子晶体光纤也有其显著缺点，例如与普通光纤的熔接困难、熔接损耗大、光纤制造成本高、处理困难等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源。
基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源由半导体激光泵浦源、多模光纤合束器、第一高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、多组分掺杂石英光纤和第二高反射率光纤光栅组成；激光泵浦源、多模光纤合束器、第一高反射率光纤光栅、Yb掺杂双包层光纤、多组分掺杂石英光纤和第二高反射率光纤光栅顺次相连；半导体激光泵浦源通过多模光纤合束器和第一高反射率光纤光栅提供泵浦能量，Yb掺杂双包层光纤和多组分掺杂石英光纤激励引发光纤内的受激布里渊散射效应，导致激光脉冲压缩，所产生的百皮秒级超短脉冲激光再次激励多组分掺杂石英光纤，产生超连续谱激光，经由第二高反射率光纤光栅输出。
所述的多组分掺杂石英光纤的组分包括Si、Cr和Bi。所述的半导体激光泵浦源是一种工作波长在900～985 nm、输出功率为1～100W的带尾纤多模半导体激光器。所述的第一高反射率光纤光栅和第二高反射率光纤光栅是一种在1020～1085nm波段具有80%～100%反射率的光纤光栅。
本发明是一种光谱稳定、结构简单、平均功率较大、成本较低的超连续谱光源。采用Bi/Cr掺杂的多组分石英光纤作为全光纤化的自饱和吸收体，是本发明的一大创新点，可以得到光谱平坦、光谱覆盖范围从1000nm到2200nm的宽带超连续谱激光源。超连续谱光源制作中通过全光纤熔接，单模光纤输出，制造成本低，稳定性好，适合于各种精密测量领域作为光源应用。
附图说明
图1是一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱光源的装置图
图中，半导体激光泵浦源1、多模光纤合束器2、第一高反射率光纤光栅3、Yb掺杂光纤4、 Yb光纤与Bi/Cr光纤熔接点5、Bi/Cr掺杂光纤6、第二高反射率光纤光栅7。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源由半导体激光泵浦源1、多模光纤合束器2、第一高反射率光纤光栅3、Yb掺杂双包层光纤4、多组分掺杂石英光纤6和第二高反射率光纤光栅7组成；半导体激光泵浦源1、多模光纤合束器2、第一高反射率光纤光栅3、Yb掺杂双包层光纤4、多组分掺杂石英光纤6和第二高反射率光纤光栅7顺次相连；熔接点5为Yb掺杂光纤与Bi掺杂光纤的连接点，损耗小于0.1dB。半导体激光泵浦源1通过多模光纤合束器2和第一高反射率光纤光栅3提供泵浦能量，Yb掺杂双包层光纤4和多组分掺杂石英光纤6激励引发光纤内的受激布里渊散射效应，导致激光脉冲压缩，所产生的百皮秒级超短脉冲激光再次激励多组分掺杂石英光纤6，产生超连续谱激光，经由第二高反射率光纤光栅7输出。
所述的多组分掺杂石英光纤6的组分包括Si、Cr和Bi。所述的半导体激光泵浦源1是一种工作波长在900～985 nm、输出功率为1～100W的带尾纤多模半导体激光器。所述的第一高反射率光纤光栅3和第二高反射率光纤光栅7是一种在1020～1085nm波段具有80%～100%反射率的光纤光栅，并且两光栅的反射峰波长匹配。
本发明工作原理：
本发明是一种依赖光纤激光器自身的脉冲工作特性及其腔内的非线性特性，实现激光光谱展宽的新型激光光源。
实现高的非线性激光频率转换效率有两个前提，一是材料的非线性系数要大，另一个是基频光的峰值功率要高。本发明所用的非线性材料为掺Bi/Cr石英光纤，芯径小于5                                                
Figure 2011100397296100002DEST_PATH_IMAGE001
m，具有很高的非线性系数。半导体激光器泵浦的连续或准连续光进入Yb掺杂光纤中，在被Yb光纤吸收后，在光栅对构成的谐振腔内形成激光振荡。Bi/Cr掺杂石英光纤作为自饱和吸收体，在腔内形成被动调Q激光。当被动调Q激光的功率高于光纤激光器中的受激布里渊散射（SBS）阈值，则产生SBS，导致脉冲分裂和脉冲压缩，形成脉宽小于1ns的超短脉冲激光，并由此获得高的激光峰值功率。由于高激光峰值功率，在光纤中将产生级联的受激拉曼散射（SRS）效应，并且激光光谱经过几级拉曼频移扩展至光纤零色散波长附近。此时，由于调制不稳定性（MI）的作用产生更窄脉冲，得到的超短脉冲激光经过四波混频（FWM）、交叉相位调制（XPM）等效应，使光谱得到进一步展宽，从而得到光谱覆盖范围广、光谱较平坦的超连续谱激光源。其光谱覆盖范围可以从激光激励波长向长波一直延伸到石英光纤透射窗口边缘的2200nm。

Claims (4)

1.一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源，其特征在于它由半导体激光泵浦源（1）、多模光纤合束器（2）、第一高反射率光纤光栅（3）、Yb掺杂双包层光纤（4）、多组分掺杂石英光纤（6）和第二高反射率光纤光栅（7）组成；半导体激光泵浦源（1）、多模光纤合束器（2）、第一高反射率光纤光栅（3）、Yb掺杂双包层光纤（4）、多组分掺杂石英光纤（6）和第二高反射率光纤光栅（7）顺次相连；半导体激光泵浦源（1）通过多模光纤合束器（2）和第一高反射率光纤光栅（3）提供泵浦能量，Yb掺杂双包层光纤（4）和多组分掺杂石英光纤（6）激励引发光纤内的受激布里渊散射效应，导致激光脉冲压缩，所产生的百皮秒级超短脉冲激光再次激励多组分掺杂石英光纤（6），产生超连续谱激光，经由第二高反射率光纤光栅（7）输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源，其特征在于所述的多组分掺杂石英光纤（6）的组分包括Si、Cr和Bi。
3.根据权利要求1所述的一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源，其特征在于所述的半导体激光泵浦源（1）是一种工作波长在900～985 nm、输出功率为1～100W的带尾纤多模半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的一种基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源，其特征在于所述的第一高反射率光纤光栅（3）和第二高反射率光纤光栅（7）是一种在1020～1085nm波段具有80%～100%反射率的光纤光栅。
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