CN105048267A - 一种中红外超连续谱激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中红外超连续谱激光光源。其包括第一激光种子源、第二激光种子源、第一激光泵浦源、第二激光泵浦源、第一泵浦合束器、第二泵浦合束器、掺饵增益光纤、掺铥增益光纤、耦合器和硫化物光子晶体光纤，第一泵浦合束器将第一激光种子源和第一激光泵浦源输出的光合成为脉冲激光并经掺饵增益光纤放大，第二泵浦合束器将第二激光种子源和第二激光泵浦源输出的光合成为脉冲激光并经掺饵增益光纤放大，耦合器将两束脉冲激光合成为双波长激光并耦合进硫化物光子晶体光纤，以输出中红外超连续谱激光，其中，硫化物光子晶体光纤包括环形包层和设于其中心的纤芯，纤芯通过支撑臂连接环形包层。本发明能够提高中红外超连续谱激光的光谱范围。

Description

一种中红外超连续谱激光光源

技术领域

本发明涉及中红外激光技术领域，特别是涉及一种中红外超连续谱激光光源。

背景技术

通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有：微波波段(300-1GHz/0.8-2.5cm)，中远红外波段(8-14μm)，中红外波段(3.5-5.5μm)，近紫外、可见光和近红外波段(0.3-1.3μm/1.5-1.8μm)。

目前，中红外波段和中远红外波段激光可用于红外追踪、干扰、搜索靶标导航以及光学遥感探测，对国家安全具有至关重要的意义。由于窄带隙半导体材料的匮乏等原因，目前在中红外波长高效率发射光源和激光器严重短缺。目前利用光学参量振荡法，差频振荡，量子级联激光器以及气体激光器能够实现小功率的中红外波段激光输出，但这些实现方法都是采用单一泵浦光，输出的中红外激光的光谱范围比较小，而且需要多级放大的复杂结构，体积庞大，使用不方便，从而限制了其应用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种中红外超连续谱激光光源，能够提高中红外超连续谱激光的光谱范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种中红外超连续谱激光光源，包括第一激光种子源、第二激光种子源、第一激光泵浦源、第二激光泵浦源、第一泵浦合束器、第二泵浦合束器、掺饵增益光纤、掺铥增益光纤、耦合器和硫化物光子晶体光纤，所述第一激光种子源和所述第一激光泵浦源均连接所述第一泵浦合束器，所述第二激光种子源和所述第二激光泵浦源均连接所述第二泵浦合束器，所述第一泵浦合束器通过所述掺饵增益光纤连接所述耦合器，所述第二泵浦合束器通过所述掺铥增益光纤连接所述耦合器，所述耦合器耦接所述硫化物光子晶体光纤；所述第一激光种子源用于产生第一种子激光，所述第一激光泵浦源用于产生第一泵浦光，所述第一泵浦合束器用于将所述第一种子激光和所述第一泵浦光合成为第一脉冲激光，并将所述第一脉冲激光耦合进所述掺饵增益光纤进行放大；所述第二激光种子源用于产生波长不同于所述第一种子激光的第二种子激光，所述第二激光泵浦源用于产生第二泵浦光，所述第二泵浦合束器用于将所述第二种子激光和所述第二泵浦光合成为第二脉冲激光，并将所述第二脉冲激光耦合进所述掺饵增益光纤进行放大；所述耦合器用于将所述第一脉冲激光和所述第二脉冲激光合成为双波长激光，并将所述双波长激光耦合进所述硫化物光子晶体光纤，以使所述硫化物光子晶体光纤输出中红外超连续谱激光；其中，所述硫化物光子晶体光纤包括环形包层和设于所述环形包层中心位置的纤芯，所述纤芯通过三个支撑臂连接所述环形包层，所述三个支撑臂等间距分布在所述环形包层内，所述硫化物光子晶体光纤具有两个零色散点，所述第一种子激光的波长位于正常色散区，所述第二种子激光的波长位于反常色散区。

优选地，所述第一种子激光的波长为1450nm，所述第二种子激光的波长为2000nm。

优选地，所述中红外超连续谱激光光源还包括隔离器，所述耦合器通过所述隔离器连接所述硫化物光子晶体光纤，所述隔离器用于使所述双波长激光单向传输，以避免在所述硫化物光子晶体光纤中形成谐振腔。

优选地，所述第一激光泵浦源和所述第二激光泵浦源均为半导体激光泵浦源。

优选地，所述第一泵浦光和所述第二泵浦光的功率具有预定调节范围，以控制所述正常色散区和所述反常色散区的泵浦强度。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

1.由于硫化物光子晶体光纤具有两个零色散点，从而能够显著提高中红外超连续谱激光的光谱范围。

2.采用两个不同波长的种子激光分别放大进行泵浦，可以有效解决采用单一泵浦光时输出中红外超连续谱激光的光谱平坦度不佳的问题，并且可以有效避免采用单一泵浦光时峰值功率过高而出现增益饱和带来的功率放大受限制的问题，可以弥补中红外超连续谱激光光源功率不足的问题。

3.由于采用波长分别位于硫化物光子晶体光纤不同色散区的种子激光同时泵浦，在非线性介质中可以同时激发正常色散区非线性效应，使得光谱平坦度以及宽度得到极大改善。

4.相较于其它激光光源采用多级放大的复杂结构，结构更加简单。

附图说明

图1是本发明实施例中红外超连续谱激光光源的结构示意图。

图2是本发明实施例中红外超连续谱激光光源硫化物光子晶体光纤的结构示意图。

图3是图2所示的硫化物光子晶体光纤的色散曲线示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例中红外超连续谱激光光源的结构示意图。本发明实施例的中红外超连续谱激光光源包括第一激光种子源1、第二激光种子源2、第一激光泵浦源3、第二激光泵浦源4、第一泵浦合束器5、第二泵浦合束器6、掺饵增益光纤7、掺铥增益光纤8、耦合器9和硫化物光子晶体光纤10。第一激光种子源1和第一激光泵浦源3均连接第一泵浦合束器5，第二激光种子源2和第二激光泵浦源4均连接第二泵浦合束器6，第一泵浦合束器5通过掺饵增益光纤7连接耦合器9，第二泵浦合束器6通过掺铥增益光纤8连接耦合器9，耦合器9耦接硫化物光子晶体光纤10。可选地，第一激光泵浦源3和第二激光泵浦源4均为半导体激光泵浦源。

第一激光种子源1用于产生第一种子激光，第一激光泵浦源3用于产生第一泵浦光，第一泵浦合束器5用于将第一种子激光和第一泵浦光合成为第一脉冲激光，并将第一脉冲激光耦合进掺饵增益光纤进行放大；第二激光种子源2用于产生波长不同于第一种子激光的第二种子激光，第二激光泵浦源4用于产生第二泵浦光，第二泵浦合束器6用于将第二种子激光和第二泵浦光合成为第二脉冲激光，并将第二脉冲激光耦合进掺饵增益光纤8进行放大。耦合器9用于将第一脉冲激光和第二脉冲激光合成为双波长激光，并将双波长激光耦合进硫化物光子晶体光纤10，以使硫化物光子晶体光纤10输出中红外超连续谱激光。

其中，请在参见图2，是本发明实施例中红外超连续谱激光光源硫化物光子晶体光纤的结构示意图。硫化物光子晶体光纤10包括环形包层101和设于环形包层101中心位置的纤芯102，纤芯102通过三个支撑臂103连接环形包层101，三个支撑臂103等间距分布在环形包层101内。硫化物光子晶体光纤10具有两个零色散点，第一种子激光的波长位于正常色散区，第二种子激光的波长位于反常色散区，从而实现正常色散区和反常色散区的同时泵浦。

图中，d为纤芯102的直径，w为支撑臂103的厚度，改变纤芯102的半径和支撑臂103的厚度可以改善硫化物光子晶体光纤10的波导色散，从而整体改善硫化物光子晶体光纤10的色散。当d和w的值合适时，硫化物光子晶体光纤10就会出现两个零色散点，即硫化物光子晶体光纤10为双零色散光纤，这种光纤为改善中红外超连续光谱激光的输出提供了新途径。请一并参见图3，是图2所示的硫化物光子晶体光纤的色散曲线示意图。图中，横轴表示波长，单位为μm，纵轴代表色散值，单位为ps/nm/km。曲线A代表纤芯102的直径d为1μm，支撑臂103的厚度为0.35μm时的光纤色散；曲线B代表纤芯102的直径d为2μm，支撑臂103的厚度为0.35μm时的光纤色散；曲线C代表纤芯102的直径d为5μm，支撑臂103的厚度为0.7μm时的光纤色散。

第一激光泵浦源3、第一泵浦合束器5和掺饵增益光纤7以及第二激光泵浦源4、第二泵浦合束器6和掺铥增益光纤8分别组成两个光放大器，第一种子激光和第二种子激光在两个光放大器中进行放大再合成为双波长激光后进入硫化物光子晶体光纤10，双波长激光在高非线性的硫化物光子晶体光纤10中经过自相位调制、受激拉曼散射、孤子效应等一系列非线性效应后，其光谱被剧烈展宽，从而硫化物光子晶体光纤10可以输出平坦、宽谱的中红外超连续谱激光。

在本实施例中，中红外超连续谱激光光源还包括隔离器11，耦合器9通过隔离器11连接硫化物光子晶体光纤10，隔离器11用于使双波长激光单向传输，以避免在硫化物光子晶体光纤10中形成谐振腔。

具体而言，本实施例的中红外超连续谱激光光源在工作时，第一种子激光的波长为1450nm，第二种子激光的波长为2000nm。第一激光种子源1和第二激光种子源2均采用锁模脉冲激光源提供第一种子激光和第二种子激光，并分别被耦合进掺饵增益光纤7和掺铥增益光纤8进行放大，经过放大的第一脉冲激光和第二脉冲激光只会产生功率变化。同时，第一泵浦光和第二泵浦光的功率可以具有预定调节范围，通过调节第一激光泵浦源3和第二激光泵浦源4的输出功率，可以控制第一泵浦光和第二泵浦光的功率，从而控制正常色散区和反常色散区的泵浦强度。双波长激光中的1450nm的激光脉冲位于硫化物光子晶体光纤10的正常色散区，主要受自相位调制和级联拉曼散射效应影响使得光谱展宽；双波长激光中的2000nm的激光脉冲位于硫化物光子晶体光纤10的反常色散区，主要受自相位调制，拉曼效应和孤子效应的影响使得光谱剧烈展宽。

在本发明实施例中，第一种子激光和第二种子激光的波长分别采用1450nm和2000nm，对应的光放大增益光纤分别为掺饵增益光纤7和掺铥增益光纤8，而1450nm和2000nm分别位于掺饵增益光纤7和掺铥增益光纤8的增益带宽内，因此掺饵增益光纤7和掺铥增益光纤8可以对该波长的光进行放大。放大后得到的双波长激光峰值功率增加，耦合进硫化物光子晶体光纤10中传输后，双波长激光的脉冲本身分裂，其光谱被剧烈展宽。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种中红外超连续谱激光光源，其特征在于，包括第一激光种子源、第二激光种子源、第一激光泵浦源、第二激光泵浦源、第一泵浦合束器、第二泵浦合束器、掺饵增益光纤、掺铥增益光纤、耦合器和硫化物光子晶体光纤，所述第一激光种子源和所述第一激光泵浦源均连接所述第一泵浦合束器，所述第二激光种子源和所述第二激光泵浦源均连接所述第二泵浦合束器，所述第一泵浦合束器通过所述掺饵增益光纤连接所述耦合器，所述第二泵浦合束器通过所述掺铥增益光纤连接所述耦合器，所述耦合器耦接所述硫化物光子晶体光纤；

所述第一激光种子源用于产生第一种子激光，所述第一激光泵浦源用于产生第一泵浦光，所述第一泵浦合束器用于将所述第一种子激光和所述第一泵浦光合成为第一脉冲激光，并将所述第一脉冲激光耦合进所述掺饵增益光纤进行放大；所述第二激光种子源用于产生波长不同于所述第一种子激光的第二种子激光，所述第二激光泵浦源用于产生第二泵浦光，所述第二泵浦合束器用于将所述第二种子激光和所述第二泵浦光合成为第二脉冲激光，并将所述第二脉冲激光耦合进所述掺饵增益光纤进行放大；所述耦合器用于将所述第一脉冲激光和所述第二脉冲激光合成为双波长激光，并将所述双波长激光耦合进所述硫化物光子晶体光纤，以使所述硫化物光子晶体光纤输出中红外超连续谱激光；

其中，所述硫化物光子晶体光纤包括环形包层和设于所述环形包层中心位置的纤芯，所述纤芯通过三个支撑臂连接所述环形包层，所述三个支撑臂等间距分布在所述环形包层内，所述硫化物光子晶体光纤具有两个零色散点，所述第一种子激光的波长位于正常色散区，所述第二种子激光的波长位于反常色散区。

2.根据权利要求1所述的中红外超连续谱激光光源，其特征在于，所述第一种子激光的波长为1450nm，所述第二种子激光的波长为2000nm。

3.根据权利要求1或2所述的中红外超连续谱激光光源，其特征在于，所述中红外超连续谱激光光源还包括隔离器，所述耦合器通过所述隔离器连接所述硫化物光子晶体光纤，所述隔离器用于使所述双波长激光单向传输，以避免在所述硫化物光子晶体光纤中形成谐振腔。

4.根据权利要求3所述的中红外超连续谱激光光源，其特征在于，所述第一激光泵浦源和所述第二激光泵浦源均为半导体激光泵浦源。

5.根据权利要求1所述的中红外超连续谱激光光源，其特征在于，所述第一泵浦光和所述第二泵浦光的功率具有预定调节范围，以控制所述正常色散区和所述反常色散区的泵浦强度。