CN106451056A - 一种有源放大的光参量振荡反馈系统 - Google Patents

一种有源放大的光参量振荡反馈系统 Download PDF

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郝强
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Abstract

本发明提供了一种有源放大的光参量振荡反馈系统，包括：泵浦源、光耦合装置、非线性光子晶体光纤、分光装置、有源放大器以及光延时装置。其中，泵浦源用于产生并输出激光，光耦合装置将泵浦源输出的激光和光延时装置传输的激光进行耦合，耦合后的激光传输至非线性光子晶体光纤进行处理，处理后的激光传输至分光装置分光成两路光束，其中的一路光束直接输出，另一路光束传输至有源放大器，有源放大器将激光光谱进行增益拓宽，并将激光光功率进行提高，激光再传输至光延时装置进行延时，延时后的激光再传输至光耦合装置。本发明实现了激光的光参量振荡反馈，并能将反馈回路的激光的光功率提高、光谱增益拓宽，从而提高光参量振荡反馈的转化效率。

Description

一种有源放大的光参量振荡反馈系统
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种有源放大的光参量振荡反馈系统。
背景技术
随着社会的快速发展、医学的进步和医疗环境的改善，现代医学开始关注疾病的早期检测和治疗。由于很多疾病往往隐蔽性强、致病因素复杂，因此，在这些疾病的早期诊断阶段，需要检测对应微观水平的分子变化。相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像技术就是这样一种行之有效的技术，因其可实现细胞组织无标记的化学成分可视化，现已经成为生物医学成像领域不可或缺的研究方法。
早期的用于生物医学成像领域的相干反斯托克斯拉曼散射的设备复杂庞大、价格昂贵且维护费用高。近年来，随着光纤激光技术不断进步，由反馈式光参量振荡器和非线性光子晶体光纤组成的激光系统实现了这一领域的突破，该系统操作便捷、具有稳定可靠的性能，可得到高度敏感性和特异性的生物结构图像。然而，该系统仍有不足之处：该系统受限于反馈光路的光纤损耗和通光带宽，反馈回路的激光功率低、光谱范围受限，进而导致光参量转换的效率降低。
提高光参量振荡器的输出功率，可以通过增加泵浦光功率的方法来实现，但是这一方法存在缺陷：随着泵浦功率提高，光子晶体光纤中的峰值功率也会同步增加，导致自相位调制、交叉相位调制等非线性效应占据主导地位，四波混频过程反而受到抑制，同时，输入泵浦光功率的提高将引起光纤的受热变形、功率不稳定等后果。因此，迫切需要一种新的方法，提高光参量转换效率，提高激光的输出功率。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种有源放大的光参量振荡反馈系统。
本发明提供了一种有源放大的光参量振荡反馈系统，具有这样的特征，包括：泵浦源、光耦合装置、非线性光子晶体光纤、分光装置、有源放大器以及光延时装置，其中，泵浦源用于产生并输出激光，光耦合装置将泵浦源输出的激光和光延时装置传输的激光进行耦合，并将耦合后的激光传输至非线性光子晶体光纤，非线性光子晶体光纤对光耦合装置传输的激光进行处理，并将处理后的激光传输至分光装置，分光装置将非线性光子晶体光纤传输的激光分光成两路光束，其中的一路光束直接输出，另一路光束传输至有源放大器，有源放大器将激光的光谱进行增益拓宽，并将激光的光功率进行提高，光延时装置将有源放大器传输的激光进行延时，并将延时后的激光传输至光耦合装置。
在本发明提供的有源放大的光参量振荡反馈系统中，还可以具有这样的特征：其中，处理的过程为光参量产生和光参量振荡。
在本发明提供的有源放大的光参量振荡反馈系统中，还可以具有这样的特征：其中，泵浦源为光纤激光器、固体激光器和可调谐半导体激光器中任意一种，光纤激光器为掺稀土离子的光纤激光器，固体激光器中的增益介质为镁橄榄石或钛宝石。
在本发明提供的有源放大的光参量振荡反馈系统中，还可以具有这样的特征：其中，光耦合装置为二向色镜或波分复用器。
在本发明提供的有源放大的光参量振荡反馈系统中，还可以具有这样的特征：其中，分光装置为二向色镜或波分复用器。
在本发明提供的有源放大的光参量振荡反馈系统中，还可以具有这样的特征：其中，有源放大器包含：半导体泵浦源，用于提高激光的光功率；光耦合器，将传输至有源放大器的激光和半导体泵浦源输出的激光进行耦合；以及掺Yb增益光纤，将光耦合器耦合后的激光的光谱进行增益拓宽，光耦合器为二向色镜或波分复用器。
在本发明提供的有源放大的光参量振荡反馈系统中，还可以具有这样的特征：其中，光延时装置包含:延时光纤和延时器，延时光纤为单模光纤或保偏光纤，延时器为光延时器或延时电机。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的有源放大的光参量振荡反馈系统，因为包括：泵浦源、光耦合装置、非线性光子晶体光纤、分光装置、有源放大器以及光延时装置，所以，本发明的有源放大的光参量振荡反馈系统，可以实现激光的光参量振荡反馈，并能将光参量振荡反馈回路的激光的光功率提高、光谱增益拓宽，从而提高光参量振荡反馈的转化效率，使输出光具有更高的输出功率。
附图说明
图1是本发明的实施例一的有源放大的光参量振荡反馈系统的结构简图；
图2是本发明的实施例一的有源放大的光参量振荡反馈系统的结构示意图；以及
图3是本发明的实施例二的有源放大的光参量振荡反馈系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明有源放大的光参量振荡反馈系统作具体阐述。
<实施例一>
图1是本发明的实施例一的有源放大的光参量振荡反馈系统的结构简图；图2是本发明的实施例一的有源放大的光参量振荡反馈系统的结构示意图。
如图1所示，有源放大的光参量振荡反馈系统包括：泵浦源、光耦合装置、非线性光子晶体光纤、分光装置、有源放大器以及光延时装置。
如图2所示，实施例一的有源放大的光参量振荡反馈系统是全光纤型有源放大的光参量振荡反馈系统，其中：
泵浦源采用掺稀土离子的光纤激光器，产生并输出激光。
光耦合装置采用波分复用器WDM1，将泵浦源输出的激光和光延时装置传输的激光进行耦合，并将耦合后的激光传输至非线性光子晶体光纤。
非线性光子晶体光纤对光耦合装置传输的激光进行处理，并将处理后的激光传输至分光装置。
分光装置采用波分复用器WDM2，将非线性光子晶体光纤传输的激光分光成两路光束，其中的一路光束直接输出，另一路光束传输至有源放大器。
有源放大器包含：半导体泵浦源LD、波分复用器WDM3和掺Yb增益光纤。有源放大器将激光的光谱进行增益拓宽，并将激光的光功率进行提高。
光延时装置包含：单模光纤和光延时器。单模光纤的长度是一定，长度根据激光的重复率计算得到。光延时装置将有源放大器传输的激光进行延时，并将延时后的激光传输至光耦合装置。
本发明实施例一的工作流程如下：
掺稀土离子的光纤激光器产生并输出激光，激光先经过波分复用器WDM1，然后传输至非线性光子晶体光纤，激光在非线性光子晶体光纤中有光参量产生和光参量振荡，接着经过非线性光子晶体光纤的激光传输至波分复用器WDM2，此时，激光分光成两路光束，其中的一路光束直接输出，另一路光束传输至波分复用器WDM3，半导体泵浦源LD产生并输出激光，以补偿损耗的激光，之后，传输至波分复用器WDM3中的两束激光进行耦合，耦合后的激光再传输至掺Yb增益光纤，掺Yb增益光纤对激光的光谱进行增益拓宽，掺Yb增益光纤传输的激光依次通过单模光纤和光延时器，从而过滤了无效的激光，得到了系统所需的滤波并传输至波分复用器WDM1，波分复用器WDM1将光延时器传输的激光和掺稀土离子的光纤激光器输出的激光进行耦合，至此，形成一个反馈回路。在反馈回路中激光的光功率得到了提高，激光的光谱得到了增益拓宽。从而再经波分复用器WDM2输出的激光具有更高的输出功率。
<实施例二>
在实施例二中，对于与实施例一中相同的结构，使用相同的符号并省略相同的说明。
图3是本发明的实施例二的有源放大的光参量振荡反馈系统的结构示意图。
如图3所示，实施例二的有源放大的光参量振荡反馈系统是空间型有源放大的光参量振荡反馈系统，与实施例一相比不同在于：
泵浦源采用钛宝石为增益介质的固体激光器。
光耦合装置采用二向色镜DM1。
分光装置采用二向色镜DM2。
有源放大器包含：半导体泵浦源LD、二向色镜DM3和掺Yb增益光纤。
光延时装置包含：保偏光纤和光延时电机。保偏光纤的长度是一定，长度根据激光的重复率计算得到。
由于实施例二的有源放大的光参量振荡反馈系统是空间型有源放大的光参量振荡反馈系统，所以在系统中多处设置有准直镜Col，用于激光空间光和光纤光之间进行相互转化。
本发明实施例二的工作流程如下：
钛宝石为增益介质的固体激光器产生并输出激光，激光先经过二向色镜DM1，然后经过准直镜Col传输至非线性光子晶体光纤，激光在非线性光子晶体光纤中有光参量产生和光参量振荡，激光再经过准直镜Col传输至二向色镜DM2，此时，激光分光成两路光束，其中的一路光束直接输出，另一路光束传输至二向色镜DM3，半导体泵浦源LD产生并输出激光，以补偿损耗的激光，之后，传输至二向色镜DM3中的两束激光进行耦合，耦合后的激光再传输至掺Yb增益光纤，掺Yb增益光纤对激光的光谱进行增益拓宽，掺Yb增益光纤传输的激光依次通过保偏光纤和延时电机，从而过滤了无效的激光，得到了系统所需的滤波并传输至二向色镜DM1，二向色镜DM1将延时电机传输的激光和钛宝石为增益介质的固体激光器输出的激光进行耦合，至此，形成一个反馈回路。在反馈回路中激光的光功率得到了提高，激光的光谱得到了增益拓宽。从而再经二向色镜DM2输出的激光具有更高的输出功率。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的有源放大的光参量振荡反馈系统，因为包括：泵浦源、光耦合装置、非线性光子晶体光纤、分光装置、有源放大器以及光延时装置，所以，本实施例的有源放大的光参量振荡反馈系统，可以实现激光的光参量振荡反馈，并能补偿光参量振荡反馈回路的激光损耗、使光谱增益拓宽，从而提高光参量振荡反馈的转化效率，使输出光具有更高的输出功率。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于，包括：
泵浦源、光耦合装置、非线性光子晶体光纤、分光装置、有源放大器以及光延时装置，
其中，所述泵浦源用于产生并输出激光，
所述光耦合装置将所述泵浦源输出的激光和所述光延时装置传输的激光进行耦合，并将耦合后的激光传输至所述非线性光子晶体光纤，
所述非线性光子晶体光纤对所述光耦合装置传输的激光进行处理，并将处理后的激光传输至所述分光装置，
所述分光装置将所述非线性光子晶体光纤传输的激光分光成两路光束，其中的一路光束直接输出，另一路光束传输至所述有源放大器，
所述有源放大器将激光的光谱进行增益拓宽，并将激光的光功率进行提高，
所述光延时装置将所述有源放大器传输的激光进行延时，并将延时后的激光传输至所述光耦合装置。
2.根据权利要求1所述的有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于：
其中，所述处理的过程为光参量产生和光参量振荡。
3.根据权利要求1所述的有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于：
其中，所述泵浦源为光纤激光器、固体激光器和可调谐半导体激光器中任意一种，
所述光纤激光器为掺稀土离子的光纤激光器，
所述固体激光器中的增益介质为镁橄榄石或钛宝石。
4.根据权利要求1所述的有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于：
其中，所述光耦合装置为二向色镜或波分复用器。
5.根据权利要求1所述的有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于：
其中，所述分光装置为二向色镜或波分复用器。
6.根据权利要求1所述的有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于：
其中，所述有源放大器包含：
半导体泵浦源，用于提高激光的光功率；
光耦合器，将传输至所述有源放大器的激光和所述半导体泵浦源输出的激光进行耦合；以及
掺Yb增益光纤，将所述光耦合器耦合后的激光的光谱进行增益拓宽，
所述光耦合器为二向色镜或波分复用器。
7.根据权利要求1所述的有源放大的光参量振荡反馈系统，其特征在于：
其中，所述光延时装置包含：延时光纤和延时器，
所述延时光纤为单模光纤或保偏光纤，
所述延时器为光延时器或延时电机。
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