CN105811237A - 一种白光激光产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种白光激光产生装置，包括红外激光光源、第一光纤、倍频晶体、第二光纤以及光谱展宽模块，所述红外激光光源、所述第一光纤、所述倍频晶体、所述第二光纤以及所述光谱展宽模块依次设置，所述红外激光光源用于产生红外激光，所述倍频晶体用于利用倍频效应将所述红外激光转换为可见光激光，所述光谱展宽模块用于将所述可见光激光进行展宽，得到白光激光。本发明的红外激光光源经过倍频晶体通过激光倍频，实现高效超短脉冲倍频，输出一定波长的可见光激光，再通过第二光纤耦合进非线性介质中，进而实现大功率宽带可见光激光输出，此时的光谱可以覆盖450nm‑760nm波段，可产生大功率白光激光。

Description

一种白光激光产生装置
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，具体而言，涉及一种白光激光产生装置。
背景技术
宽带可见光(白光)激光在生物医学，激光传感，等领域应用广泛。但一般可见光产生采用1064nm波段超短脉冲泵浦光子晶体光纤，实现超宽谱输出，但可见光功率占比低；或采用短波长泵浦激光器直接泵浦非线性材料实现宽谱可见光输出，但是一般泵浦激光器采用固体激光，光路为空间结构，稳定性差，并且固体激光器由于增益介质受限，功率难以提升。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种白光激光产生装置。
第一方面，本发明实施例提供的一种白光激光产生装置，包括红外激光光源、第一光纤、倍频晶体、第二光纤以及光谱展宽模块，所述红外激光光源、所述第一光纤、所述倍频晶体、所述第二光纤以及所述光谱展宽模块依次设置，所述红外激光光源用于产生红外激光，所述第一光纤用于将所述红外激光耦合至所述倍频晶体，所述倍频晶体用于利用倍频效应将所述红外激光转换为可见光激光，所述第二光纤用于将所述可见光激光耦合至所述光谱展宽模块，所述光谱展宽模块用于将所述可见光激光进行展宽，得到白光激光。
本发明的红外激光光源经过倍频晶体通过激光倍频，实现高效超短脉冲倍频，输出一定波长的可见光激光，再通过第二光纤耦合进非线性介质中，进而实现大功率宽带可见光激光输出，此时的光谱可以覆盖450nm-760nm波段，可产生大功率白光激光。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述红外激光光源产生的激光的波长为1064纳米。
结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述可见光激光的波长为532纳米。
结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述白光激光的波长为450纳米到760纳米。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述第一光纤为单模光纤。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述第二光纤为单模光纤。
所述单模光纤可传输光谱较窄的激光，所述单模光纤能够支持更长传输距离，所述单模光纤还可用于减除频宽及振模色散(Modal dispersion)的限制。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述第一光纤与所述倍频晶体之间设置有第一增透透镜，所述第一增透透镜用于增加所述红外激光的透射强度。
第一增透镜可以使透镜的表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小，以增大所述红外激光的透射强度。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述第二光纤与所述光谱展宽模块之间设置有第二增透透镜，所述第二增透透镜用于增加所述可见光激光的透射强度。
第二增透镜可以使透镜的表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小，以增大所述可见光激光的透射强度。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，所述光谱展宽模块为块状非线性晶体。
结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第九种可能实施方式，其中，所述光谱展宽模块为高非线性光纤。
与现有技术相比，本发明的红外激光光源经过倍频晶体通过激光倍频，实现高效超短脉冲倍频，输出一定波长的可见光激光，再通过第二光纤耦合进非线性介质中，进而实现大功率宽带可见光激光输出，此时的光谱可以覆盖450nm-760nm波段，可产生大功率白光激光。结构简单，白光激光输出效率高，稳定可靠。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的白光激光产生装置的结构示意图。
主要元件符号说明
白光激光产生装置 100
红外激光光源 101
第一光纤 102
倍频晶体 103
第二光纤 104
光谱展宽模块 105
第一增透透镜 106
第二增透透镜 107
具体实施方式
宽带可见光(白光)激光在生物医学，激光传感，等领域应用广泛。但一般可见光产生采用1064nm波段超短脉冲泵浦光子晶体光纤，实现超宽谱输出，但可见光功率占比低；或采用短波长泵浦激光器直接泵浦非线性材料实现宽谱可见光输出，但是一般泵浦激光器采用固体激光，光路为空间结构，稳定性差，并且固体激光器由于增益介质受限，功率难以提升。
鉴于上述情况，本发明提供一种白光激光产生装置，以改善现有技术中产生的白光光功率占比低的问题。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1，是本发明提供的白光激光产生装置100的结构示意图。本发明实施例提供的白光激光产生装置100，用于产生大功率的白光激光，其包括红外激光光源101、第一光纤102、倍频晶体103、第二光纤104以及光谱展宽模块105。所述红外激光光源101、所述第一光纤102、所述倍频晶体103、所述第二光纤104以及所述光谱展宽模块105依次设置。
所述红外激光光源101用于产生波长大于可见光波段的激光，以便所述倍频晶体103进行倍频处理，所述红外激光光源101具有光束的发散角小，接近于理想平行光，激光的光谱宽度非常的小，是几个纳米量级，所以其具有良好的单色性，而且亮度高，能量密度大。
本发明实施例的红外激光光源101采用1064纳米的掺Yb波段超短脉冲激光器，掺Yb(Ytterbium，镱)波段超短脉冲激光器具有较高激光效率，可获得更高平均输出功率的亚皮秒或皮秒脉冲输出。在其他具体实施方式中，还可以采用其他的红外激光光源，例如红宝石激光器、掺Nd(neodymium，钕)激光器。
所述第一光纤102用于将所述掺Yb波段超短脉冲激光器产生的1064纳米的激光耦合至所述倍频晶体103，所述第一光纤102采用单模光纤。所述单模光纤可传输光谱较窄的激光，所述单模光纤还可以支持更长传输距离。
所述倍频晶体103用于将所述红外激光转换为可见光激光，可以将波长较长的光波转换为波长较短的光波。所述倍频晶体103是利用倍频效应的一类非线性光学晶体。倍频晶体103具有以下特征：不具有中心对称性；对基频波和倍频波的透明度高；二次非线性电极化系数大，这是因为倍频转换效率与此系数的平方成正比；有位相匹配能力，特别是非临界匹配能力。所述倍频晶体103可以是磷酸二氢铵(ADP)、磷酸二氢钾(KDP)、磷酸二氘钾(DKDP)、砷酸二氘铯(DCDA)、砷酸二氢铯(CDA)、铌酸锂(LN)、铌酸钡钠、砷化镓、砷化铟、硫化锌、偏硼酸钡(β-BaB2O4)、三硼酸锂(LiB3O5)等晶体。
所述倍频效应来源于媒质在基频光波电场作用下产生的二阶非线性极化，即极化强度中与光波电场二次方成比例的部分这一部分极化强度相当于存在一种频率为2的振荡电偶极矩。基频光波在媒质中传播的同时激励起一系列这样的振荡电偶极矩。它们在空间中的分布就好比一个按一定规则排列的偶极矩阵列，偶极矩之间有一定的相对位相。由于阵列中每个电偶极矩都要辐射频率为2的光波,故偶极矩阵列的辐射应是这些光波互相干涉的结果。无疑，只当干涉是相互加强时才会有效地产生倍频光输出为此，阵列中各振荡电偶极矩间要保持恰当的位相关系。
本发明的倍频晶体103可将1064纳米的激光转换为532纳米的超短脉冲激光，由于532纳米的波段处于可见光波段，将波长为1064纳米的激光转换为波长为532纳米的激光，以便波长为532纳米的激光展宽后，得到白光激光。
所述第二光纤104用于将所述532纳米的超短脉冲激光耦合至所述光谱展宽模块105，本实施例中，所述第二光纤104也可以采用单模光纤，在其他具体实施方式中，还可以采用其他的光纤，例如还可以采用多模光纤。
所述光谱展宽模块105用于将所述可见光激光进行展宽，得到白光激光。本实施例中，所述光谱展宽模块105可以将所述波长为532纳米的激光进行展宽，得到波长为450纳米到760纳米的白光激光。所述光谱展宽模块105为非线性光学材料，例如可以为块状非线性晶体、高非线性光纤。所述光谱展宽模块105可以由磷酸二氢铵或磷酸二氢钾制成。
所述第一光纤102与所述倍频晶体103之间还可以设置第一增透透镜106，所述第一增透透镜106用于增加所述红外激光的透射强度，本实施例中，所述第一增透透镜106用于增强波长为1064纳米的激光的透射强度。
所述第二光纤104与所述光谱展宽模块105之间还可以设置第二增透透镜107，所述第二增透透镜107用于增加所述可见光激光的透射强度，本实施例中，所述第二增透透镜107用于增强波长为532纳米的可见光激光的透射强度。
所述第一增透透镜106与所述第二增透透镜107的表面均设置有增透膜，所述增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。所述增透膜的材质可以为氟化钙。
本发明实施例的白光激光产生装置100的工作原理如下：掺Yb波段超短脉冲激光器产生1064nm波段高峰值功率超短脉冲，在倍频晶体103中实现超短脉冲倍频，输出532nm超短脉冲倍频激光，最后进入光谱展宽模块105中，实现光谱展宽，输出宽带白光激光。
具体的，所述其中掺Yb波段超短脉冲激光器具有很高的激光效率，一般可达80％；倍频过程中，可以通过提高脉冲峰值功率，缩小脉冲聚焦尺寸，进而提高激光功率密度，提高倍频效率，一般可实现80％以上倍频光输出，而在光谱展宽模块105中，光谱实现展宽，也具有较高转换效率，可达85％以上，因此本系统产生大功率宽带可见光激光光光转换效率可达50％以上，相比于传统1064nm超短脉冲泵浦光子晶体光纤实现超连续谱激光，可见光功率一般仅总功率的占5％-20％，此方案大幅度提高了可见光输出功率效率，减少热负载，可实现大功率宽带可见光激光输出。此方案，结构简单，可见光激光输出效率高，稳定可靠，可工程应用。
综上所述，本发明的红外激光光源经过倍频晶体通过激光倍频，实现高效超短脉冲倍频，输出一定波长的可见光激光，再通过第二光纤耦合进非线性介质中，进而实现大功率宽带可见光激光输出，此时的光谱可以覆盖450nm-760nm波段，可产生大功率白光激光。结构简单，白光激光输出效率高，稳定可靠。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种白光激光产生装置，其特征在于，包括红外激光光源、第一光纤、倍频晶体、第二光纤以及光谱展宽模块，所述红外激光光源、所述第一光纤、所述倍频晶体、所述第二光纤以及所述光谱展宽模块依次设置，所述红外激光光源用于产生红外激光，所述第一光纤用于将所述红外激光耦合至所述倍频晶体，所述倍频晶体用于利用倍频效应将所述红外激光转换为可见光激光，所述第二光纤用于将所述可见光激光耦合至所述光谱展宽模块，所述光谱展宽模块用于将所述可见光激光进行展宽，得到白光激光。
2.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述红外激光光源产生的激光的波长为1064纳米。
3.根据权利要求2所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述可见光激光的波长为532纳米。
4.根据权利要求3所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述白光激光的波长为450纳米到760纳米。
5.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述第一光纤为单模光纤。
6.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述第二光纤为单模光纤。
7.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述第一光纤与所述倍频晶体之间设置有第一增透透镜，所述第一增透透镜用于增加所述红外激光的透射强度。
8.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述第二光纤与所述光谱展宽模块之间设置有第二增透透镜，所述第二增透透镜用于增加所述可见光激光的透射强度。
9.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述光谱展宽模块为块状非线性晶体。
10.根据权利要求1所述的白光激光产生装置，其特征在于，所述光谱展宽模块为高非线性光纤。
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