CN105790073B - 一种平坦光谱输出的超连续谱激光器 - Google Patents

一种平坦光谱输出的超连续谱激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN105790073B
CN105790073B CN201610307675.XA CN201610307675A CN105790073B CN 105790073 B CN105790073 B CN 105790073B CN 201610307675 A CN201610307675 A CN 201610307675A CN 105790073 B CN105790073 B CN 105790073B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
optical fiber
wavelength
mould group
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610307675.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105790073A (zh
Inventor
万雄
刘鹏希
章婷婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CN201610307675.XA priority Critical patent/CN105790073B/zh
Publication of CN105790073A publication Critical patent/CN105790073A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105790073B publication Critical patent/CN105790073B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/041—Optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种平坦光谱输出的超连续谱激光器，该超连续谱激光器由控制器、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。控制器发出指令启动三个脉冲发生器、三个半导体激光器、宽谱段光谱仪。三波长超短飞秒级激光脉冲由PCF进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入控制器进行分析。本发明的有益效果是，在激光器中采用了一种反馈式调幅多波长激光泵浦的方式，结合宽光谱光谱监测，自适应地调节多波长泵浦激光的强度，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，实现输出平坦性超连续谱激光器，满足精确化宽光谱定量分析的需求。

Description

一种平坦光谱输出的超连续谱激光器
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幅多波长激光泵浦的平坦光谱输出的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(Photonic crystal fibers，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。
然而，在一些需要精确化宽光谱定量分析的应用场合，目前的超连续激光源无法胜任，因为现有的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超连续谱激光器的实现方法，它基于反馈式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超连续谱激光器由控制器、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。它包含功率调节器、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；功率调节器用于对第一整形放大器、第二整形放大器、第三整形放大器进行放大倍数的调节。
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、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。
超连续谱产生及监测模组包含PCF耦合器、PCF、一进二出光纤、输出接口以及宽谱段光谱仪，用于产生超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给控制器。
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、第一脉冲发生器、第二脉冲发生器、第三脉冲发生器、功率调节器及宽谱段光谱仪，并接收宽谱段光谱仪的输出光谱信号进行光谱数据分析。
控制器发出指令启动第一脉冲发生器、第二脉冲发生器、第三脉冲发生器、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；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PCF进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入控制器进行分析。
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PCF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)控制器发出控制指令给第一脉冲发生器、第二脉冲发生器及第三脉冲发生器，将三者的脉冲频率设定为相同的值并使之启动工作；
(4)控制器发出控制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；
(5)控制器发出控制指令给功率调节器，功率调节器将第一整形放大器、第二整形放大器、第三整形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高频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，形成纳秒级的高频电脉冲，然后按A1倍数进行功率放大后，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高频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高频的纳秒级脉冲种子激光；
类似地，第二脉冲发生器发出的高频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，形成纳秒级的高频电脉冲，然后按A2倍数进行功率放大后，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高频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高频纳秒级脉冲种子激光；
类似地，第三脉冲发生器发出的高频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，形成纳秒级的高频电脉冲，然后按A3倍数进行功率放大后，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高频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高频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PCF耦合器进入PCF后，在PCF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的飞秒级脉冲激光功率成正比，三个展宽的光谱相互叠加，形成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控制器；
(11)控制器对超连续谱监测结果进行分析，评价其光谱平坦性，同时生成新的针对第一整形放大器、第二整形放大器、第三整形放大器的放大倍数A1、A2、A3；
(12)不断重复(5)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固定，最终实现高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光器。
本发明的有益效果是，在激光器中采用了一种反馈式调幅多波长激光泵浦的方式，结合宽光谱光谱监测，自适应地调节多波长泵浦激光的强度，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，实现输出平坦性超连续谱激光器，满足精确化宽光谱定量分析的需求。
附图说明
图1为本发明的原理图，图中：1——控制器；2——泵浦源模组；3——功率调节器；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——PCF耦合器；34——PCF；35——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。
注：GVD即group velocity dispersion，群速度色散；PCF即photonic crystalfiber，光子晶体光纤。
具体实施方式
本发明具体实施方式如图1所示。
本发明提出的高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光器的结构如图1所示,该超连续谱激光器由控制器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。它包含功率调节器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；功率调节器3用于对第一整形放大器5、第二整形放大器10、第三整形放大器15进行放大倍数的调节。
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、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。
超连续谱产生及监测模组32包含PCF耦合器33、PCF34、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控制器1。
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、第一脉冲发生器4、第二脉冲发生器9、第三脉冲发生器14、功率调节器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PCF34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＝780nm，f0＝3.85×1014Hz；△f＝2×1014Hz；f1＝5.85×1014Hz，λ1＝513nm；f2＝1.85×1014Hz，λ2＝1622nm)
(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)控制器1发出控制指令给第一脉冲发生器4、第二脉冲发生器9及第三脉冲发生器14，将三者的脉冲频率设定为相同的值并使之启动工作；(本实施例中脉冲频率为100MHz)
(4)控制器1发出控制指令启动第一半导体激光器39、第二半导体激光器40、第三半导体激光器41、宽谱段光谱仪37；
(5)控制器1发出控制指令给功率调节器3，功率调节器3将第一整形放大器5、第二整形放大器10、第三整形放大器15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100MHz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100MHz的电脉冲，然后按A1倍数进行功率放大后，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100MHz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100MHz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100MHz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100MHz的电脉冲，然后按A2倍数进行功率放大后，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100MHz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100MHz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100MHz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100MHz的电脉冲，然后按A3倍数进行功率放大后，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100MHz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100MHz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PCF耦合器33进入PCF 34后，在PCF34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的飞秒级脉冲激光功率成正比，三个展宽的光谱相互叠加，形成飞秒级超连续谱脉冲激光，本实施例中超连续谱范围为400nm-2500nm；
(10)飞秒级超连续谱脉冲激光通过一进二出光纤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控制器1；
(11)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，同时生成新的针对第一整形放大器5、第二整形放大器10、第三整形放大器15的放大倍数A1、A2、A3；
(12)不断重复(5)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固定，最终实现高输出光谱平坦度及稳定性的超连续谱激光器。

Claims (1)

1.一种平坦光谱输出的超连续谱激光器，该超连续谱激光器由控制器(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，它包含功率调节器(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；功率调节器(3)用于对第一整形放大器(5)、第二整形放大器(10)、第三整形放大器(15)进行放大倍数的调节；
功率调节器(3)为三路并行控制第一整形放大器(5)、第二整形放大器(10)、第三整形放大器(15)；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)三者依次串联；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)依次串联；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)依次串联；第一激光管驱动电路(42)、第二激光管驱动电路(43)、第三激光管驱动电路(44)三者与三合一光纤(19)输入端连接；三合一光纤(19)、第一偏振控制器(20)及光隔离器(21)三者依次串联；
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)、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；
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)三者与四合一光耦合器(38)连接；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)三者依次串联；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)依次串联；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)三者发射出的连续泵浦激光束经过四合一光耦合器(38)两等分后以两个方向进入环形腔，其中一路沿顺时针方向先后通过第三偏振控制器(27)、法拉第光隔离器(26)、第四偏振控制器(25)、第一波分复用器(24)，从顺时针方向泵浦掺镱光纤放大器(28)；而另一路沿逆时针方向通过第二波分复用器(29)后从逆时针方向泵浦掺镱光纤放大器(28)；
所述的超连续谱产生及监测模组(32)包含PCF耦合器(33)、PCF(34)、一进二出光纤(35)、输出接口(36)以及宽谱段光谱仪(37)；PCF耦合器(33)、PCF(34)、中红外一进二出光纤(35)、输出接口(36)依次串联；一进二出光纤(35)的二个输出端，一个接输出接口(36)，一个接宽谱段光谱仪(37)；
超连续谱产生及监测模组(32)用于产生超连续谱脉冲激光，同时对其光谱特性进行实时监测，并将监测结果反馈给控制器(1)；
所述的控制器(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)、第一脉冲发生器(4)、第二脉冲发生器(9)、第三脉冲发生器(14)、功率调节器(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；
控制器发出指令启动第一脉冲发生器、第二脉冲发生器、第三脉冲发生器、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；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；其中波长的选择依据为，首先根据PCF的零色散波长λ0，求出其对应的频率f0；设定频率差Δf，设定频率f1＝f0+Δf，求出其对应的波长λ1；类似地，设定频率f2＝f0-Δf，求出其对应的波长λ2；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PCF进行光谱展宽，再经宽谱段光谱仪进行平坦度分析，其结果送入控制器进行分析。
CN201610307675.XA 2016-05-11 2016-05-11 一种平坦光谱输出的超连续谱激光器 Active CN105790073B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610307675.XA CN105790073B (zh) 2016-05-11 2016-05-11 一种平坦光谱输出的超连续谱激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610307675.XA CN105790073B (zh) 2016-05-11 2016-05-11 一种平坦光谱输出的超连续谱激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105790073A CN105790073A (zh) 2016-07-20
CN105790073B true CN105790073B (zh) 2019-07-23

Family

ID=56401279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610307675.XA Active CN105790073B (zh) 2016-05-11 2016-05-11 一种平坦光谱输出的超连续谱激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105790073B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106451049B (zh) * 2016-12-09 2023-10-03 中国科学院西安光学精密机械研究所 800±100nm波段高重频全光纤激光产生装置
NL2021478A (en) * 2017-09-29 2019-04-04 Asml Netherlands Bv Radiation Source

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040032887A1 (en) * 2001-12-17 2004-02-19 Nima Ahmadvand system and method for generating multi-wavelength laser source using highly nonlinear fiber
CN103296569A (zh) * 2013-06-25 2013-09-11 中国人民解放军国防科学技术大学 基于双波段种子源铒-镱共掺光纤放大器的超连续谱光源
CN104201545A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 深圳大学 基于双波段光纤激光器的超宽带超连续谱光源
CN104849257A (zh) * 2015-06-02 2015-08-19 中国科学院上海技术物理研究所 基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法
CN105048267A (zh) * 2015-09-10 2015-11-11 电子科技大学 一种中红外超连续谱激光光源

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5029180B2 (ja) * 2007-07-12 2012-09-19 住友電気工業株式会社 Ｓｃ光源装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040032887A1 (en) * 2001-12-17 2004-02-19 Nima Ahmadvand system and method for generating multi-wavelength laser source using highly nonlinear fiber
CN103296569A (zh) * 2013-06-25 2013-09-11 中国人民解放军国防科学技术大学 基于双波段种子源铒-镱共掺光纤放大器的超连续谱光源
CN104201545A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 深圳大学 基于双波段光纤激光器的超宽带超连续谱光源
CN104849257A (zh) * 2015-06-02 2015-08-19 中国科学院上海技术物理研究所 基于小型紫外扫频激光的共振拉曼光谱探测系统及方法
CN105048267A (zh) * 2015-09-10 2015-11-11 电子科技大学 一种中红外超连续谱激光光源

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于双波长相干超短脉冲光源的超连续谱产生;李旻等;《光学学报》;20150430;第35卷(第4期);第0406001-1~7页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105790073A (zh) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102510001B (zh) 二倍频绿光激光器
CN103022873B (zh) 基于双泵浦参量过程的超短脉冲发生器
CN104201546A (zh) 窄线宽、高峰值功率脉冲输出的光纤激光系统
US9880446B2 (en) Apparatus and method for producing short radiation pulses
CN101330191A (zh) 单频脉冲光纤激光器及其单频脉冲种子激光产生的方法
CN104409954A (zh) 1.5微米纳秒脉冲双程双包层光纤放大器
CN105790073B (zh) 一种平坦光谱输出的超连续谱激光器
CN102244355A (zh) 脉宽可调的增益开关型皮秒脉冲种子源
CN106207737B (zh) 一种激光整形脉冲获取装置及获取方法
CN105811227B (zh) 一种飞秒级超平坦超连续谱激光获取方法
CN103151684A (zh) 一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器
CN102237633A (zh) 大功率窄脉冲激光光源
CN109713562A (zh) 基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器
CN206412627U (zh) 环形谐振腔调q的脉冲mopa光纤激光器
CN105762649B (zh) 一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光器
CN102130413B (zh) 基于多组分掺杂石英光纤的全光纤化超连续谱激光源
CN103944040A (zh) 新型双晶体串接双波长激光器
CN103904534B (zh) 基于可饱和吸收光纤的全光纤主动调q激光器
CN105790053B (zh) 一种平坦光谱输出的中红外超连续谱激光实现方法
CN104104007A (zh) 激光腔外功率稳定装置及其方法
CN102508388A (zh) 一种光纤参量放大器
CN103606807B (zh) 超短脉冲全光纤激光器
CN206412629U (zh) 脉宽可调的mopa光纤激光器
CN209200364U (zh) 三色同步锁模光纤激光器
CN101877455B (zh) 激光放大装置和激光放大方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant