CN105406332A - 1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器 - Google Patents

1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器 Download PDF

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Abstract

1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，属于激光器领域，针对现有技术存在装配复杂、环境稳定性较差和实用性差的问题，可调谐光源、掺铒光纤放大器和光纤耦合器的端口a依次光纤连接；第一光纤耦合器的端口c、第二光纤耦合器的端口d、端口g、第三光纤耦合器的端口h、第三光纤耦合器的端口j、第四光纤耦合器端口k依次光纤连接；光纤耦合器端口e、掺铥光纤、掺铽光纤和光纤耦合器端口f依次光纤连接；第三光纤耦合器端口i与第四光纤耦合器端口m光纤连接；第四光纤耦合器端口n、第一偏振控制器、光纤隔离器的o端口、光纤隔离器的p端口、第二偏振控制器、第一光纤耦合器端口b依次光纤连接；第四光纤耦合器端口l作为激光输出。

Description

1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器
技术领域
本发明涉及生物特殊波段多波长激光器，具体涉及一种1.7μm波段的多波长激光器，属于激光器技术领域，应用于生物医学光源领域。
背景技术
光学相干层析OCT是一种无损伤的光学成像方法，能够提供实时的一维深度、二维横截面和三维形体图像，分辨率可达微米量级，成像深度具有毫米量级。根据OCT的特性，它被广泛的应用到生物医疗领域，其中包括需要清晰的三维视网膜图像的眼部检测,心脏的病变检测，肿瘤早期诊断，牙齿的检查，皮肤检测等。OCT技术还被越来越多应用于非医学场合，例如艺术品的鉴定和保护，工业计量学等。
用于视网膜成像的OCT系统都是基与800nm和1050nm的。1300nm的OCT也用于获得无需组织切除的光活检成像。OCT的系统主要限制成像深度的是激光在生物组织中的散射。而短波长的光在生物组织中受到强烈的散射损耗，限制了OCT的成像深度。易知光在介质中的瑞利散射系统很大程度上取决于光的波长。随着波长增加，瑞利散射效应越小，从而可知使用长波长的光源可以减少光在人体组织中的瑞利散射损耗，可以增加光的投射深度即成像深度。人体水分子吸收谱及散射谱中，1450nm和1900nm附近为两个水的强烈吸收峰。而1700nm附近为两个水吸收峰之间的低谷，所以1700nm波段1650nm-1750nm光源针对含大量水的生物组织而言，在减少散射损失、不增加吸收损耗的同时，增加了OCT的更深的成像深度。现有1.7μm波段激光器很少有报道。
中国专利名称为“1.75μm窄线宽掺铥光纤激光器”，申请号为“201520447957”，该激光器结构如图1所示，1550nm波段光纤激光器发射激光经过正透镜和和分光镜耦合到单模光纤和掺铥光纤中，然后泵浦掺铥光纤产生增益谱后经过正透镜准直到体光栅VBG上进行滤波，滤波后的光经过多次振荡后输出1700nm波段激光。
该激光器存在以下缺陷：
1、采用了较多的空间光元件如体光栅VBG，腔内存在有空间光耦合到单模光纤结构和水冷机构，所以该装置装配复杂及环境稳定性较差。
2、该激光器仅可实现单波长输出，实际应用受到限制。
3、使用了价格较为昂贵的体光栅VBG，增加了成本。
发明内容
本发明为了解决现有的1.7μm波段光纤激光器装配复杂、环境稳定性较差和实用性差的问题，提出了一种1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器。
本发明采取以下技术方案：
1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征是，
可调谐光源、掺铒光纤放大器和第一光纤耦合器的端口a依次光纤连接；第一光纤耦合器的端口c、第二光纤耦合器的端口d、端口g、第三光纤耦合器的端口h、第三光纤耦合器的端口j、第四光纤耦合器端口k依次光纤连接；第二光纤耦合器端口e、掺铥光纤、掺铽光纤和第二光纤耦合器端口f依次光纤连接；第三光纤耦合器端口i与第四光纤耦合器端口m光纤连接；第四光纤耦合器端口n、第一偏振控制器、光纤隔离器的o端口、光纤隔离器的p端口、第二偏振控制器、第一光纤耦合器端口b依次光纤连接；第四光纤耦合器端口l作为激光输出。
本发明的有益效果是：本发明使用全光纤器件，光纤激光器装配简单，结构紧凑，环境稳定性好；采用光纤梳状滤波器，实现多波长换档，波长可调谐，实用性强，而且成本低；基于复合腔形式，可实现窄线宽激光输出。
本发明1.7μm波段光纤激光器，在生物治疗、中红外激光器等领域具有广泛的应用前景，特别是光学相干层析成像有着巨大应用潜力。
附图说明
图1为现有的1.7μm波段的光纤激光器。
图2为本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器。
图3为本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器的单波长可调谐范围。
图4为本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器双波长输出。
图5为本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器三波长输出。
图6为本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器四波长输出。
图7为本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器线宽性能。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
如图1所示，本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，包括以下部件：可调谐光源10、掺铒光纤放大器11、第一光纤耦合器12、掺铥光纤13、掺铽光纤14、第二光纤耦合器15、第三光纤耦合器16、第四光纤耦合器17、第一偏振控制器18，光纤隔离器19和第二偏振控制器20。
可调谐光源10、掺铒光纤放大器11和第一光纤耦合器12的端口a依次光纤连接；第一光纤耦合器12的端口c、第二光纤耦合器15的端口d、端口g、第三光纤耦合器16的端口h、第三光纤耦合器16的端口j、第四光纤耦合器17端口k依次光纤连接；第二光纤耦合器15端口e、掺铥光纤13、掺铽光纤14和第二光纤耦合器15端口f依次光纤连接；第三光纤耦合器16端口i与第四光纤耦合器17端口m光纤连接；第四光纤耦合器17端口n、第一偏振控制器18、光纤隔离器19的o端口、光纤隔离器19的p端口、第二偏振控制器20、第一光纤耦合器12端口b依次光纤连接；第四光纤耦合器17端口l作为激光输出。
所述可调谐光源10为C+L波段的可调谐激光光源，输出波段为1525nm-1607nm。
所述掺铒光纤放大器11为C波段放大器，带有泵浦保护器，最大功率输出为5W。
所述第一光纤耦合器12为1×23dB耦合器，属于耐高功率的光纤器件。
所述掺铥光纤13为掺杂铥离子的单模光纤，经过1550nm波段光源泵浦可产生1600-2100nm宽范围的增益谱。
所述掺铽光纤14为掺杂铽离子的单模光纤，用于吸收大于1800nm以上的光源部分，对所需光谱进行整形。
所述第二光纤耦合器15和第四光纤耦合器17均为2×23dB耦合器。
所述第三光纤耦合器16为1×23光纤耦合器，其中h端口为70％功率输出，i端口为30％功率输出。
所述第一偏振控制器18、光纤隔离器19和第二偏振控制器20组合为基于非线性偏振效应的滤波器。
所述第二光纤耦合器15、掺铥光纤13、掺铽光纤14组合为第一环形子腔；第三光纤耦合器16、第四光纤耦合器17组合为第二环形子腔；第一环形子腔、第二环形子腔、激光器整个环形腔组合为复合腔，根据维纳效应，可以对腔内激光进行选频和线宽窄化。
本发明1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，具体工作过程如下：
可调谐光源10经过掺铒光纤放大器11放大后注入第一光纤耦合器12端口a，放大后的光源经由第一光纤耦合器12端口a到端口c后输出。光源经由第二光纤耦合器15端口d和端口f注入掺铽光纤14和掺铥光纤13，根据掺铥光纤的特性将产生1600-2100nm的宽范围背向增益谱，宽范围增益谱经过掺铽光纤14吸收后将产生1600-1800nm的增益谱，中心波长在1700nm附近。背向增益谱一部分从第二光纤耦合器15端口f和端口e多次经过掺铥光纤13和掺铽光纤14吸收，背向增益谱另一部分从第二光纤耦合器15端口f和端口d输出并在腔内运行并通过第一光纤耦合器12端口c和端口b输出到第二偏振控制器20、光纤隔离器19和第一偏振控制器18组合成基于非线性偏振效应的梳状滤波器进行滤波。滤波后的增益谱一部分经由第四光纤耦合器17端口n和端口k、第三光纤耦合器16端口j和端口i在第四光纤耦合器17和第三光纤耦合器16组成的环形子腔循环，滤波后的增益谱的另一部分进经由第四光纤耦合器17端口n和端口k、第三光纤耦合器16端口j和端口h输出到第二光纤耦合器15，背向增益谱在整个环形腔内进行输出多次循环和增益后达到激光器阈值时，在腔内形成激光，并从第四光纤耦合器17的l端输出。通过调节第一偏振控制器18和第二偏振控制器20，可实现波长可调谐。调节掺铒光纤放大器11的输出功率，可控制输出波长个数。
如图3所示，通过调节腔内第一偏振控制器18和第二偏振控制器20，调节腔内滤波特性，实现1700nm波段的单波长激光可调谐30nm。
如图4、5、6所示，通过调节掺铒光纤放大器11的输出功率，可实现双波长、三波长、四波长个数可调输出。另外如果调节第一偏振控制器18和第二偏振控制器20也可实现多波长可调谐，如果进一步提高掺铒光纤放大器11的输出功率，将实现五波长乃至更多波长输出。
如图7所示，单波长线宽小于0.04nm。

Claims (10)

1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征是，
可调谐光源(10)、掺铒光纤放大器(11)和第一光纤耦合器(12)的端口a依次光纤连接；第一光纤耦合器(12)的端口c、第二光纤耦合器(15)的端口d、端口g、第三光纤耦合器(16)的端口h、第三光纤耦合器(16)的端口j、第四光纤耦合器(17)端口k依次光纤连接；第二光纤耦合器(15)端口e、掺铥光纤(13)、掺铽光纤(14)和第二光纤耦合器(15)端口f依次光纤连接；第三光纤耦合器(16)端口i与第四光纤耦合器(17)端口m光纤连接；第四光纤耦合器(17)端口n、第一偏振控制器(18)、光纤隔离器(19)的o端口、光纤隔离器(19)的p端口、第二偏振控制器(20)、第一光纤耦合器(12)端口b依次光纤连接；第四光纤耦合器(17)端口l作为激光输出。
2.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述可调谐光源(10)为C+L波段的可调谐激光光源，输出波段为1525nm-1607nm。
3.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述掺铒光纤放大器(11)为C波段放大器，带有泵浦保护器，最大功率输出为5W。
4.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤耦合器(12)为1×23dB耦合器，属于耐高功率的光纤器件。
5.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述掺铥光纤(13)为掺杂铥离子的单模光纤，用于吸收大于1800nm以上的光谱部分，对所需光谱进行整形。
6.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述掺铽光纤(14)为掺杂铽离子的单模光纤，经过1550nm波段光源泵浦可产生1600-2100nm宽范围的增益谱。
7.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述第二光纤耦合器(15)和第四光纤耦合器(17)均为2×23dB耦合器。
8.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述第三光纤耦合器(16)为1×2光纤耦合器，其中h端口为70％功率输出，i端口为30％功率输出。
9.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述第一偏振控制器(18)、光纤隔离器(19)和第二偏振控制器(20)组合为基于非线性偏振效应的滤波器。
10.根据权利要求1所述的1.7μm波段可调谐掺铥掺铽多波长光纤激光器，其特征在于，所述第二光纤耦合器(15)、掺铥光纤(13)、掺铽光纤(14)组合为第一环形子腔；第三光纤耦合器(16)、第四光纤耦合器(17)组合为第二环形子腔；第一环形子腔、第二环形子腔、激光器整个环形腔组合为复合腔，根据维纳效应，可以对腔内激光进行选频和线宽窄化。
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