CN105762649A - 一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器，它由主控制器、泵浦源模组、环形激光器模组及超连续谱产生及监测模组组成。主控制器发出指令启动三个半导体激光器、宽谱段光谱仪。功率控制器用于对三个半导体激光器功率放大器进行功率调节。频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的调节。三波长超短飞秒级激光脉冲由ZBLAN光纤进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入主控制器进行分析。本发明的有益效果是，它可以实现输出中红外平坦性超连续谱激光器，满足精确化宽光谱定量分析等方面的需求。

Description

一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器

技术领域

本发明涉及一种激光器的结构及实现方法，尤其涉及一种基于反馈式调频调幅多波长激光泵浦的中红外超连续谱激光器及其超平坦光谱输出实现方法。

背景技术

超连续谱激光指的当泵浦激光穿过特殊光波导时，一系列的非线性效应引起入射激光束的光谱展宽，从而输出宽光谱激光束—称超连续谱。尤其随着超快激光和光子晶体光纤(Photoniccrystalfibers，简称PCF)技术的发展，利用超短脉冲在PCF中的传播来产生超连续光已经成为全世界引人关注的课题。这种技术只需要非常低的脉冲能量(大约1nJ)就能产生超连续光，而且所得到的超连续光是相干的且亮度高——这使它成为理想的白光源。

超连续谱激光器自诞生以来得到了迅速的发展，尤其是在光谱范围方面，基本覆盖了从紫外到中红外谱段。此外，在大功率及器件小型化方面也取得了巨大的进步。由于中红外激光对光纤等器件有较高的要求与限制，中红外超连续谱激光器无法用普通的PCF光纤实现。近来随着ZBLAN即稀土掺杂氟化锆/钡氟/氟化镧/氟化铝/的氟化钠(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF)等氟化物光纤的出现，其在中红外的表现优异，因此出现了基于ZBLAN光纤技术的超连续谱激光器。

然而，在一些需要精确化宽光谱定量分析的应用场合，目前的中红外超连续激光源无法胜任，因为现有的中红外超连续谱激光源在输出光谱平坦度及稳定性等技术指标上存在一些问题，无法适应宽谱精确定量分析的要求。因此，如何实现高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光器是一个急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器的实现方法，它基于反馈式调频调幅多波长激光泵浦的方式，可满足精确化宽光谱定量分析的需求。

本发明的技术方案是这样来实现的，本发明提出的高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器由主控制器、泵浦源模组、环形激光器模组及超连续谱产生及监测模组组成。

泵浦源模组用于产生环形激光器组件的多波长脉冲种子激光。它包含频率控制器、第一脉冲发生器、第一整形放大器、第一激光管驱动电路、第二脉冲发生器、第二整形放大器、第二激光管驱动电路、第三脉冲发生器、第三整形放大器、第三激光管驱动电路、三合一光纤、第一偏振控制器及光隔离器；其中第一激光管驱动电路由第一场效应管驱动电路、第一场效应管和第一激光二极管及其放电回路组成；类似地，第二激光管驱动电路由第二场效应管驱动电路、第二场效应管和第二激光二极管及其放电回路组成；第三激光管驱动电路由第三场效应管驱动电路、第三场效应管和第三激光二极管及其放电回路组成；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节。

环形激光器模组包含第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、四合一光耦合器、环形腔、功率控制器、第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器、第一负GVD光纤、第一波分复用器、掺镱光纤放大器、第二波分复用器、第二负GVD光纤、第二偏振控制器、第三偏振控制器、法拉第光隔离器及第四偏振控制器，用于对泵浦源模组传送过来的多波长脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节。

超连续谱产生及监测模组包含ZBLAN光纤耦合器、ZBLAN光纤、中红外一进二出光纤、输出接口以及宽谱段光谱仪，用于产生中红外超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给主控制器。

主控制器含有执行控制与数据分析的硬件电路及软件系统，用于控制第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、功率控制器、频率控制器及宽谱段光谱仪，并接收宽谱段光谱仪的输出光谱信号进行光谱数据分析。

主控制器发出指令启动第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、宽谱段光谱仪；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节；三个脉冲发生器分别经三个整形放大器进行脉冲整形，进行功率放大后形成三种波长的脉冲种子激光进入环形激光器模组；环形激光模组的三个半导体激光器发出的连续激光经分束后以两个方向进入环形腔，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制对三种波长的脉冲种子激光进行时域压缩和功率放大，产生的三波长超短飞秒级激光脉冲进入超连续谱产生及监测模组；三波长超短飞秒级激光脉冲由ZBLAN光纤进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入主控制器进行分析。

中红外超连续谱激光器的超平坦光谱输出及高稳定特性具体按以下步骤实现：

(1)根据ZBLAN光纤的零色散波长λ₀，求出其对应的频率f₀；设定频率差△f，设定频率f₁＝f₀+△f，求出其对应的波长λ₁；类似地，设定频率f₂＝f₀-△f，求出其对应的波长λ₂；

(2)选择第一激光二极管及第一半导体激光器的工作波长为λ₀；选择第二激光二极管及第二半导体激光器的工作波长为λ₁；选择第三激光二极管及第三半导体激光器的工作波长为λ₂；

(3)主控制器发出控制指令给频率控制器，频率控制器将第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器三者的脉冲频率设定为相同的初始值F₁＝F₂＝F₃，并使之启动工作；

(4)主控制器发出控制指令启动宽谱段光谱仪、第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器；

(5)主控制器发出控制指令给功率控制器，功率控制器将第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器的放大倍数设定一个相同的初始值A₁＝A₂＝A₃；

(6)第一脉冲发生器发出的频率为F₁的电脉冲经第一整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F₁的电脉冲，经功率放大后，送入第一激光管驱动电路中的第一场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F₁的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第一场效应管的导通和截止，用于控制第一激光二极管放电回路的充放电，使第一激光二极管产生重频为F₁的纳秒级脉冲种子激光；

类似地，第二脉冲发生器发出的频率为F₂的电脉冲经第二整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F₂的电脉冲，经功率放大后，送入第二激光管驱动电路中的第二场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F₂的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第二场效应管的导通和截止，用于控制第二激光二极管放电回路的充放电，使第二激光二极管产生重频为F₂的纳秒级脉冲种子激光；

类似地，第三脉冲发生器发出的频率为F₃的电脉冲经第三整形放大器首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F₃的电脉冲，经功率放大后，送入第三激光管驱动电路中的第三场效应管驱动电路中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F₃的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第三场效应管的导通和截止，用于控制第三激光二极管放电回路的充放电，使第三激光二极管产生重频为F₃的纳秒级脉冲种子激光；

(7)三束波长分别为λ₀、λ₁、λ₂的脉冲种子激光经三合一光纤耦合进光纤中，再经第一偏振控制器及光隔离器传输进入环形激光器模组。第一偏振控制器及光隔离器的作用是消除环形激光器模组可能产生的回波干扰；

(8)环形激光器模组中的第一半导体激光器，发射的波长为λ₀连续泵浦激光束经第一半导体激光器功率放大器倍数A₁的功率放大后，经过四合一光耦合器两等分后以两个方向进入环形腔，分别经过第一波分复用器与第二波分复用器之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器。泵浦源模组输出的波长为λ₀的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔内进行啁啾(chirp)补偿。第三偏振控制器、法拉第光隔离器及第四偏振控制器组成一个共振器，利用非线性偏振旋转效应，形成等效可饱和吸收体，再利用光纤中的非线性双折射效应，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器输出大功率波长为λ₀的飞秒级脉冲激光至超连续谱产生及监测模组；

同时，环形激光器模组中的第二半导体激光器，发射的波长为λ₁连续泵浦激光束经第二半导体激光器功率放大器倍数A₂的功率放大后，经过四合一光耦合器两等分后以两个方向进入环形腔，分别经过第一波分复用器与第二波分复用器之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器。泵浦源模组输出的波长为λ₁的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔内进行啁啾(chirp)补偿。基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器输出大功率波长为λ₀的飞秒级脉冲激光至超连续谱产生及监测模组；

类似地，在相同时间，环形激光器模组中的第三半导体激光器，发射的波长为λ₂连续泵浦激光束经第三半导体激光器功率放大器倍数A₃的功率放大后，经过四合一光耦合器两等分后以两个方向进入环形腔，分别经过第一波分复用器与第二波分复用器之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器。泵浦源模组输出的波长为λ₂的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔内进行啁啾(chirp)补偿。利用光纤中的非线性双折射效应，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器输出大功率波长为λ₂的飞秒级脉冲激光至超连续谱产生及监测模组；

(9)环形激光器模组输出的波长分别为λ₀、λ₁、λ₂的飞秒级脉冲激光进入连续谱产生及监测模组中，通过ZBLAN光纤耦合器进入ZBLAN光纤后，在ZBLAN光纤中由于各阶各类型的非线性效应，形成分别以λ₀、λ₁、λ₂为中心的光谱展宽，其展宽的宽度及强度与λ₀、λ₁、λ₂的飞秒级脉冲激光的功率与重频相关，三个展宽的光谱相互叠加，形成中红外飞秒级超连续谱脉冲激光；

(10)飞秒级超连续谱脉冲激光通过中红外一进二出光纤后分成两路，一路通过输出接口输出；另一路进入宽谱段光谱仪进行监测，其超连续谱监测结果传送至主控制器；

(11)主控制器对超连续谱监测结果进行分析，评价其光谱平坦性，同时生成新的功率放大倍数A₁、A₂、A₃，新的重频F₁、F₂、F₃；并发出控制指令给功率控制器与频率控制器，将这六个新参数分别赋予第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器、第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器；

(12)不断重复(6)至(11)，直到超连续谱监测结果满足平坦性要求。至此，将最新的A₁、A₂、A₃、F₁、F₂、F₃固定，最终实现高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器。

本发明的有益效果是，在中红外超连续谱激光器中采用了一种反馈式调频调幅多波长激光泵浦ZBLAN光纤的方式，结合中红外宽光谱光谱监测，自适应地调节多波长泵浦激光的功率与重频，通过叠加实现高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光输出，实现输出中红外平坦性超连续谱激光器，满足精确化宽光谱定量分析等方面的需求。

附图说明

图1为本发明的原理图，图中：1——主控制器；2——泵浦源模组；3——频率控制器；4——第一脉冲发生器；5——第一整形放大器；6——第一激光二极管；7——第一场效应管；8——第一场效应管驱动电路；9——第二脉冲发生器；10——第二整形放大器；11——第二激光二极管；12——第二场效应管；13——第二场效应管驱动电路；14——第三脉冲发生器；15——第三整形放大器；16——第三场效应管驱动电路；17——第三场效应管；18——第三激光二极管；19——三合一光纤；20——第一偏振控制器；21——光隔离器；22——环形激光器模组；23——第一负GVD光纤；24——第一波分复用器；25——第四偏振控制器；26——法拉第光隔离器；27——第三偏振控制器；28——掺镱光纤放大器；29——第二波分复用器；30——第二负GVD光纤；31——第二偏振控制器；32——超连续谱产生及监测模组；33——ZBLAN光纤耦合器；34——ZBLAN光纤；35——中红外一进二出光纤；36——输出接口；37——宽谱段光谱仪；38——四合一光耦合器；39——第一半导体激光器；40——第二半导体激光器；41——第三半导体激光器；42——第一激光管驱动电路；43——第二激光管驱动电路；44——第三激光管驱动电路；45——环形腔；46——功率控制器；47——第一半导体激光器功率放大器；48——第二半导体激光器功率放大器；49——第三半导体激光器功率放大器。

注：GVD即groupvelocitydispersion，群速度色散；ZBLAN即稀土掺杂氟化锆/钡氟/氟化镧/氟化铝/的氟化钠(ZrF₄-BaF₂-LaF₃-AlF₃-NaF)。

具体实施方式

本发明具体实施方式如图1所示。

本发明提出的多波长调频调幅平坦光谱输出中红外超连续谱激光器的结构如图1所示，该超连续谱激光器由主控制器1、泵浦源模组2、环形激光器模组22及超连续谱产生及监测模组32组成。

泵浦源模组2用于产生环形激光器组件22的多波长脉冲种子激光。它包含频率控制器3、第一脉冲发生器4、第一整形放大器5、第一激光管驱动电路42、第二脉冲发生器9、第二整形放大器10、第二激光管驱动电路43、第三脉冲发生器14、第三整形放大器15、第三激光管驱动电路44、三合一光纤19、第一偏振控制器20及光隔离器21；其中第一激光管驱动电路42由第一场效应管驱动电路8、第一场效应管7和第一激光二极管6及其放电回路组成；类似地，第二激光管驱动电路43由第二场效应管驱动电路13、第二场效应管12和第二激光二极管11及其放电回路组成；第三激光管驱动电路44由第三场效应管驱动电路16、第三场效应管17和第三激光二极管18及其放电回路组成；频率控制器3用于对第一脉冲发生器4、第二脉冲发生器9及第三脉冲发生器14进行工作频率的调节。

环形激光器模组22包含第一半导体激光器39、第二半导体激光器40、第三半导体激光器41、四合一光耦合器38、环形腔45、功率控制器46、第一半导体激光器功率放大器47、第二半导体激光器功率放大器48、第三半导体激光器功率放大器49、第一负GVD光纤23、第一波分复用器24、掺镱光纤放大器28、第二波分复用器29、第二负GVD光纤30、第二偏振控制器31、第三偏振控制器27、法拉第光隔离器26及第四偏振控制器25，用于对泵浦源模组2传送过来的多波长脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩；功率控制器46用于对第一半导体激光器功率放大器47、第二半导体激光器功率放大器48、第三半导体激光器功率放大器49进行功率调节。

超连续谱产生及监测模组32包含ZBLAN光纤耦合器33、ZBLAN光纤34、中红外一进二出光纤35、输出接口36以及宽谱段光谱仪37，用于产生中红外超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给主控制器1。

主控制器1含有执行控制与数据分析的硬件电路及软件系统，用于控制第一半导体激光器39、第二半导体激光器40、第三半导体激光器41、功率控制器46、频率控制器3及宽谱段光谱仪37，并接收宽谱段光谱仪37的输出光谱信号进行光谱数据分析。

超连续谱激光器的超平坦光谱输出及高稳定特性按以下步骤实现：

(1)根据ZBLAN光纤34的零色散波长λ₀，求出其对应的频率f₀；设定频率差△f，设定频率f₁＝f₀+△f，求出其对应的波长λ₁；类似地，设定频率f₂＝f₀-△f，求出其对应的波长λ₂；(在本实施例中λ₀＝1622nm，f₀＝1.85×10¹⁴Hz；△f＝1×10¹⁴Hz；f₁＝2.85×10¹⁴Hz，λ₁＝1053nm；f₂＝0.85×10¹⁴，λ₂＝3529nm)

(2)选择第一激光二极管6及第一半导体激光器39的工作波长为λ₀；选择第二激光二极管11及第二半导体激光器40的工作波长为λ₁；选择第三激光二极管18及第三半导体激光器41的工作波长为λ₂；

(3)主控制器1发出控制指令给频率控制器3，频率控制器3将第一脉冲发生器4、第二脉冲发生器9及第三脉冲发生器14三者的脉冲频率设定为相同的初始值F₁＝F₂＝F₃，并使之启动工作；(本实施例中脉冲频率初值为100MHz)

(4)主控制器1发出控制指令启动宽谱段光谱仪37、第一半导体激光器39、第二半导体激光器40、第三半导体激光器41；

(5)主控制器1发出控制指令给功率控制器46，功率控制器46将第一半导体激光器功率放大器47、第二半导体激光器功率放大器48、第三半导体激光器功率放大器49的放大倍数设定一个相同的初始值A₁＝A₂＝A₃；

(6)第一脉冲发生器4发出的频率为F₁的电脉冲经第一整形放大器5首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F₁的电脉冲，经功率放大后，送入第一激光管驱动电路42中的第一场效应管驱动电路8中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F₁的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第一场效应管7的导通和截止，用于控制第一激光二极管6放电回路的充放电，使第一激光二极管6产生重频为F₁的纳秒级脉冲种子激光；

类似地，第二脉冲发生器9发出的频率为F₂的电脉冲经第二整形放大器10首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F₂的电脉冲，经功率放大后，送入第二激光管驱动电路43中的第二场效应管驱动电路13中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F₂的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第二场效应管12的导通和截止，用于控制第二激光二极管11放电回路的充放电，使第二激光二极管11产生重频为F₂的纳秒级脉冲种子激光；

类似地，第三脉冲发生器14发出的频率为F₃的电脉冲经第三整形放大器15首先进行脉冲整形，调节高电平占空比，形成纳秒级的频率为F₃的电脉冲，经功率放大后，送入第三激光管驱动电路44中的第三场效应管驱动电路16中的场效应管驱动芯片的控制引脚，场效应管驱动芯片的输出引脚产生频率为F₃的纳秒级脉冲信号用于控制高速大功率第三场效应管17的导通和截止，用于控制第三激光二极管18放电回路的充放电，使第三激光二极管18产生重频为F₃的纳秒级脉冲种子激光；

(7)三束波长分别为λ₀、λ₁、λ₂的脉冲种子激光经三合一光纤19耦合进光纤中，再经第一偏振控制器20及光隔离器21传输进入环形激光器模组22。第一偏振控制器20及光隔离器21的作用是消除环形激光器模组22可能产生的回波干扰；

(8)环形激光器模组22中的第一半导体激光器39，发射的波长为λ₀连续泵浦激光束经第一半导体激光器功率放大器47倍数A₁的功率放大后，经过四合一光耦合器41两等分后以两个方向进入环形腔45，分别经过第一波分复用器24与第二波分复用器29之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器28。泵浦源模组2输出的波长为λ₀的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器28进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤10，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器28具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤23后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔45内进行啁啾(chirp)补偿。第三偏振控制器27、法拉第光隔离器26及第四偏振控制器25组成一个共振器，利用非线性偏振旋转效应，形成等效可饱和吸收体，再利用光纤中的非线性双折射效应，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔45中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器31输出大功率波长为λ₀的飞秒级脉冲激光至超连续谱产生及监测模组32；

同时，环形激光器模组22中的第二半导体激光器40，发射的波长为λ₁连续泵浦激光束经第二半导体激光器功率放大器48倍数A₂的功率放大后，经过四合一光耦合器41两等分后以两个方向进入环形腔45，分别经过第一波分复用器24与第二波分复用器29之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器28。泵浦源模组2输出的波长为λ₁的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器28进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤10，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器28具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤23后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔45内进行啁啾(chirp)补偿。基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔45中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器31输出大功率波长为λ₀的飞秒级脉冲激光至超连续谱产生及监测模组32；

类似地，在相同时间，环形激光器模组22中的第三半导体激光器41，发射的波长为λ₂连续泵浦激光束经第三半导体激光器功率放大器49倍数A₃的功率放大后，经过四合一光耦合器41两等分后以两个方向进入环形腔45，分别经过第一波分复用器24与第二波分复用器29之后，从两个方向泵浦掺镱光纤放大器28。泵浦源模组2输出的波长为λ₂的纳秒级脉冲种子激光经过掺镱光纤放大器28进行功率放大，同时该纳秒级脉冲激光先经过第一负GVD光纤10，脉冲得到了压缩，由于掺镱光纤放大器28具有正GVD，所以该纳秒脉冲经过了拉伸，再经过第二负GVD光纤23后，脉冲得到了再次压缩，在环形腔45内进行啁啾(chirp)补偿。利用光纤中的非线性双折射效应，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制产生超短飞秒级激光脉冲，并使环形腔45中的激光沿单向传输，通过第二偏振控制器31输出大功率波长为λ₂的飞秒级脉冲激光至超连续谱产生及监测模组32；

(9)环形激光器模组22输出的波长分别为λ₀、λ₁、λ₂的飞秒级脉冲激光进入连续谱产生及监测模组32中，通过ZBLAN光纤耦合器33进入ZBLAN光纤34后，在ZBLAN光纤34中由于各阶各类型的非线性效应，形成分别以λ₀、λ₁、λ₂为中心的光谱展宽，其展宽的宽度及强度与λ₀、λ₁、λ₂的飞秒级脉冲激光的功率与重频相关，三个展宽的光谱相互叠加，形成中红外飞秒级超连续谱脉冲激光，本实施例中超连续谱范围为1500nm-3800nm；

(10)飞秒级超连续谱脉冲激光通过中红外一进二出光纤35后分成两路，一路通过输出接口36输出；另一路进入宽谱段光谱仪37进行监测，其超连续谱监测结果传送至主控制器1；

(11)主控制器1对超连续谱监测结果进行分析，评价其光谱平坦性，同时生成新的功率放大倍数A₁、A₂、A₃，新的重频F₁、F₂、F₃；并发出控制指令给功率控制器46与频率控制器3，将这六个新参数分别赋予第一半导体激光器功率放大器47、第二半导体激光器功率放大器48、第三半导体激光器功率放大器49、第一脉冲发生器4、第二脉冲发生器9及第三脉冲发生器14；

(12)不断重复(6)至(11)，直到超连续谱监测结果满足平坦性要求。至此，将最新的A₁、A₂、A₃、F₁、F₂、F₃固定，最终实现高输出光谱平坦度及稳定性的中红外超连续谱激光器。

Claims (1)

1.一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器，该中红外超连续谱激光器由主控制器(1)、泵浦源模组(2)、环形激光器模组(22)及超连续谱产生及监测模组(32)组成，其特征在于：

所述的泵浦源模组(2)用于产生环形激光器组件(22)的多波长脉冲种子激光，它包含频率控制器(3)、第一脉冲发生器(4)、第一整形放大器(5)、第一激光管驱动电路(42)、第二脉冲发生器(9)、第二整形放大器(10)、第二激光管驱动电路(43)、第三脉冲发生器(14)、第三整形放大器(15)、第三激光管驱动电路(44)、三合一光纤(19)、第一偏振控制器(20)及光隔离器(21)；其中第一激光管驱动电路(42)由第一场效应管驱动电路(8)、第一场效应管(7)和第一激光二极管(6)及其放电回路组成；类似地，第二激光管驱动电路(43)由第二场效应管驱动电路(13)、第二场效应管(12)和第二激光二极管(11)及其放电回路组成；第三激光管驱动电路(44)由第三场效应管驱动电路(16)、第三场效应管(17)和第三激光二极管(18)及其放电回路组成；频率控制器(3)用于对第一脉冲发生器(4)、第二脉冲发生器(9)及第三脉冲发生器(14)进行工作频率的的调节；

所述的环形激光器模组(22)包含第一半导体激光器(39)、第二半导体激光器(40)、第三半导体激光器(41)、四合一光耦合器(38)、环形腔(45)、功率控制器(46)、第一半导体激光器功率放大器(47)、第二半导体激光器功率放大器(48)、第三半导体激光器功率放大器(49)、第一负GVD光纤(23)、第一波分复用器(24)、掺镱光纤放大器(28)、第二波分复用器(29)、第二负GVD光纤(30)、第二偏振控制器(31)、第三偏振控制器(27)、法拉第光隔离器(26)及第四偏振控制器(25)，用于对泵浦源模组(2)传送过来的多波长脉冲种子激光进行功率放大及脉冲锁模压缩；功率控制器(46)用于对第一半导体激光器功率放大器(47)、第二半导体激光器功率放大器(48)、第三半导体激光器功率放大器(49)进行功率调节；

所述的超连续谱产生及监测模组(32)包含ZBLAN光纤耦合器(33)、ZBLAN光纤(34)、中红外一进二出光纤(35)、输出接口(36)以及宽谱段光谱仪(37)，用于产生中红外超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给主控制器(1)；

所述的主控制器(1)含有执行控制与数据分析的硬件电路及软件系统，用于控制第一半导体激光器(39)、第二半导体激光器(40)、第三半导体激光器(41)、功率控制器(46)、频率控制器(3)及宽谱段光谱仪(37)，并接收宽谱段光谱仪(37)的输出光谱信号进行光谱数据分析；

主控制器发出指令启动第一半导体激光器、第二半导体激光器、第三半导体激光器、宽谱段光谱仪；功率控制器用于对第一半导体激光器功率放大器、第二半导体激光器功率放大器、第三半导体激光器功率放大器进行功率调节；频率控制器用于对第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器进行工作频率的的调节；三个脉冲发生器分别经三个整形放大器进行脉冲整形，进行功率放大后形成三种波长的脉冲种子激光进入环形激光器模组；环形激光模组的三个半导体激光器发出的连续激光经分束后以两个方向进入环形腔，基于非线性双折射光纤中的自锁模机制对三种波长的脉冲种子激光进行时域压缩和功率放大，产生的三波长超短飞秒级激光脉冲进入超连续谱产生及监测模组；三波长超短飞秒级激光脉冲由ZBLAN光纤进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入主控制器进行分析。