CN107045248B - 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 - Google Patents
一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107045248B CN107045248B CN201710446256.9A CN201710446256A CN107045248B CN 107045248 B CN107045248 B CN 107045248B CN 201710446256 A CN201710446256 A CN 201710446256A CN 107045248 B CN107045248 B CN 107045248B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- signal light
- nonlinear
- fiber
- amplifier
- 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
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 135
- 230000003321 amplification Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 84
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 36
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims description 25
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 16
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 9
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- -1 ytterbium ions Chemical class 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000007526 fusion splicing Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3536—Four-wave interaction
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
- G02F1/395—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves in optical waveguides
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，属于光学设备领域。一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，包括脉冲振荡器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；光纤预放大器，用于提升自脉冲振荡器输出的信号光的功率；非线性放大器，用于拓展自光纤预放大器输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；宽带四波混频产生器，用于对自非线性放大器输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。本发明结构紧凑，体积小巧，稳定性高，易于维护，且易于搭建。
Description
技术领域
本发明涉及光学设备领域，特别涉及一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置。
背景技术
高功率超短脉冲光纤激光器由于其MW级的峰值功率和fs级的脉冲宽度，在光学频率梳的产生、非线性光学以及微纳材料精细处理等领域备受青睐。在诸如拉丝等离子体光梳、高次谐波产生以及相干反斯托克斯拉曼散射分辨增强等应用中，对脉冲时域啁啾和脉冲宽度的精密控制显著影响其效果。增益窄化和高阶色散累积是限制光纤激光器脉冲进一步压缩的罪魁祸首。针对业已发展较为长远的掺铒和掺镱光纤激光器而言,尽管其对应掺杂离子的增益光纤辐射谱宽均达到80nm以上，变换极限脉冲宽度可达40fs或以下。但是在实践中，特别是光纤放大器中，增益窄化的作用使得放大器输出激光脉冲光谱远小于增益光纤辐射谱宽，甚至入射种子脉冲光谱宽度，导致对应去啁啾脉冲的脉宽不理想。
为了突破增益窄化效应的限制，研究人员提出了非线性光纤放大技术，通过采用预啁啾补偿技术，将高峰值功率飞秒脉冲耦合入下一级光纤放大器中，由于非线性效应，脉冲光谱展宽，并控制其展宽程度低于拉曼散射阈值，再对光谱展宽后的种子脉冲进行功率放大，获得更窄的高功率去啁啾脉冲。
光纤中频率转换的过程通常是基于光纤的非线性效应，诸如自相位调制、受激拉曼散射、四波混频效应以及光孤子效应。其中，四波混频效应是实现高效率转换、高能量、多波长激光输出的有效手段。四波混频过程涉及三个光子，可简单描述为两个同频光子湮灭，同时产生两个不同频率的新光子，在此参量作用过程中，净能量和动量是守恒的。因此，只有当相位失配几乎为零时，才会发生显著的四波混频过程。这就需要频率和波矢的匹配，可将其描述为：2×ω1＝ω2+ω3(ω2>ω1>ω3)，特别的，其对应传输常数也应满足2×β1＝β2+β3。光纤中实现相位匹配的可能通常为使泵浦光工作在其零色散或反常群速度色散区，或者通过多模光纤的模式色散补偿光纤的材料色散，使不同频率的激光在光纤中保持近乎相同的群速度。另外，采用更窄脉冲的泵浦激光会在光纤中产生更强的非线性效应，有利于四波混频过程的产生。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，用于实现激光脉冲的光参量转换以及超宽带飞秒脉冲激光输出。
本发明的目的是这样实现的：
一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器、光纤预放大器、非线性放大器和宽带四波混频产生器；
所述脉冲振荡器为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；
所述光纤预放大器为单级或多级光纤放大器，用于提升自脉冲振荡器输出的信号光的功率；
所述非线性放大器包括第一脉冲压缩器和光纤放大器，用于拓展自光纤预放大器输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；
所述宽带四波混频产生器包括第二脉冲压缩器和高非线性光纤耦合输出模块，用于对自非线性放大器输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。
其中，所述光纤熔接耦合的脉冲振荡器、光纤预放大器、非线性放大器和宽带四波混频产生器中的光纤器件均为保偏器件。
其中，所述脉冲振荡器包括第一半导体激光器、可饱和吸收镜、第一增益光纤、第一波分复用器、光纤布拉格光栅和光纤分束器；所述可饱和吸收镜、第一增益光纤和第一波分复用器依次熔接，所述第一波分复用器还通过光纤分别与第一半导体激光器和光纤布拉格光栅熔接，所述光纤布拉格光栅还通过光纤与光纤分束器熔接。
其中，所述可饱和吸收镜采用半导体材料制作，并带有尾纤。
其中，所述第一半导体激光器为单模光纤耦合型半导体激光器。
其中，所述第一增益光纤的纤芯掺杂有镱离子。
其中，所述光纤分束器的分束比为9:1。
其中，所述光纤预放大器为单级光纤放大器，包括第二半导体激光器、光纤隔离器、第二波分复用器、第二增益光纤，所述光纤隔离器通过光纤分别与光纤分束器和第二波分复用器熔接，所述第二波分复用器还分别与第二半导体激光器和第二增益光纤熔接。
其中，所述第二半导体激光器为单模光纤耦合型半导体激光器。
其中，所述第二增益光纤的纤芯掺杂有镱离子。
其中，所述第一脉冲压缩器和第二脉冲压缩器为光栅对压缩器或者棱栅对压缩器。
其中，所述第一脉冲压缩器包括第一准直器、第一二分之一波片、第一反射镜、第一光栅对、第二反射镜、第三反射镜和第二准直器；所述第一准直器通过光纤与光纤预放大器的输出端熔接，将自光纤预放大器输出的信号光准直后耦合入自由空间，该信号光再透过第一二分之一波片后经第一反射镜改变方向后入射第一光栅对，经第一光栅对衍射出的信号光再经第二反射镜反射以与入射光路错开的光路返回，再经第三反射镜改变方向后被第二准直器收集耦合入与第二准直器通过光纤耦合的光纤放大器中。
其中，所述光纤放大器为大模场光子晶体光纤放大器，包括第三半导体激光器、泵浦信号合束器和光子晶体增益光纤，所述泵浦信号合束器的泵浦端通过光纤与第三半导体激光器熔接，所述泵浦信号合束器的信号端通过光纤与第一脉冲压缩器的输出端熔接，所述泵浦信号合束器的输出端与光子晶体增益光纤熔接。
其中，所述第三半导体激光器为多模光纤耦合型半导体激光器。
其中，所述光子晶体增益光纤为纤芯掺杂镱离子的保偏双包层光子晶体光纤。
其中，所述第二脉冲压缩器包括第一准直透镜、第二二分之一波片、第四反射镜、第二光栅对、第五反射镜和第六反射镜；所述第一准直透镜将从光纤放大器输出的信号光准直后耦合入自由空间，该信号光再透过第二二分之一波片后经第四反射镜改变方向后入射第二光栅对，经第二光栅对衍射出的信号光经第五反射镜以与入射光路错开的光路返回，再经第六反射镜改变方向后进入高非线性光纤耦合输出模块中。
其中，所述高非线性光纤耦合输出模块包括依次排列的高功率空间隔离器、第一耦合透镜、高非线性光子晶体光纤和第一输出透镜；所述高非线性光子晶体光纤的两端分别连接第一耦合透镜和第一输出透镜。
其中，所述高功率空间隔离器为宽带光隔离器。
本发明的有益效果为：
1、本发明中光纤振荡器采用全光纤化光路结构，结构紧凑，体积小巧，稳定性高，易于维护，免去复杂的光路准直，且易于搭建。
2、本发明中采用全保偏结构搭建系统，确保激光单一线偏振输出的同时，提高系统抗环境干扰能力，优化系统稳定性。
3、本发明采用基于非线性放大结构实现对信号光的高质量放大，可以获得突破脉冲振荡器种子光谱带宽变换极限的飞秒脉冲。
4、本发明采用飞秒脉冲在高非线性光纤中产生四波混频的产生，同时可以实现对输出光谱的调谐以及预啁啾补偿。
附图说明
图1本发明非线性光纤放大宽带四波混频产生装置的结构示意图。
图2本发明中非线性光纤放大器的结构示意图。
图3本发明中宽带四波混频产生器的结构示意图。
图4本发明非线性光纤放大宽带四波混频产生装置的实施例图。
图5本发明输出信号光光谱随泵浦功率变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器1100、光纤预放大器1200、非线性放大器1300和宽带四波混频产生器1400，共四个部分。
脉冲振荡器1100为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲，记为信号光ω0，并对该种子光脉冲即信号光ω0进行分光产生信号光ω1和ω2。所述脉冲振荡器1100的平均功率20毫瓦左右，对应单脉冲能量亚纳焦到几个纳焦，脉冲宽度为皮秒量级。锁模原理可以为半导体可饱和吸收镜锁模、石墨烯锁模、非线性偏振旋转锁模或者非线性光纤环镜锁模。具体到本实施例中，以重复频率20MHz，中心波长1064nm，平均输出功率20mW，光谱宽度小于1nm，脉冲宽度9ps的采用半导体可饱和吸收镜实现锁模的脉冲振荡器。
如图4所示，脉冲振荡器1100具体包括第一半导体激光器1101、可饱和吸收镜1102、第一增益光纤1103、第一波分复用器1104、光纤布拉格光栅1105和光纤分束器1106。可饱和吸收镜1102、第一增益光纤1103和第一波分复用器1104依次熔接，第一波分复用器1104还通过光纤分别与第一半导体激光器1101和光纤布拉格光栅1105熔接，光纤布拉格光栅1105还通过光纤与光纤分束器1106熔接。该脉冲振荡器1100中各光纤器件均为保偏器件，采用保偏熔接机实现低损耗熔接，熔接损耗小于0.1dB。
其中，第一半导体激光器1101具体为单模光纤耦合型半导体激光器，中心波长976nm，最高输出光功率500mW,作为脉冲振荡器1100的泵浦源。
可饱和吸收镜1102采用半导体材料制作，并带有尾纤，具有对强光反射、弱光吸收的特性，是锁模脉冲形成的关键器件，工作波长1064nm。
第一增益光纤1103的纤芯掺杂有镱离子，受976nm的泵浦激光产生后自发辐射出1020-1090nm的激光，第一波分复用器1104为976/1064nm波分复用器，最高承受功率300mW，光纤布拉格光栅1105为1064nm光纤光栅，带宽1nm，带宽范围内波长激光反射率60％。
光纤分束器1106为分束比为9:1且中心波长为1064nm的分束器，90％端输出信号光ω2用作光纤预放大器1200的种子光，10％端输出信号光ω1作为脉冲振荡器输出信号监测。
光纤预放大器1200具体为单级光纤放大器，用于提升自脉冲振荡器1100输出的信号光ω2的功率，其平均功率400mW，中心波长1064nm，光谱宽度<5nm，光谱略微展宽的原因是功率提升导致的自相位调制。如图4所示，光纤预放大器1200具体包括第二半导体激光器1201、光纤隔离器1202、第二波分复用器1203、第二增益光纤1204；光纤隔离器1202通过光纤分别与光纤分束器1106和第二波分复用器1203熔接；第二波分复用器1203还分别与第二半导体激光器1201和第二增益光纤1204熔接。该光纤预放大器1200中各光纤器件均为保偏器件，采用保偏熔接机实现低损耗熔接，熔接损耗小于0.1dB。
其中，第二半导体激光器1201为单模光纤耦合型半导体激光器，中心波长976nm，最高输出光功率900mW,作为光纤预放大器1200的泵浦源。
光纤隔离器1202用于确保信号光ω2单向传输，同时抑制后向返回激光，工作波长1064nm，隔离度>40dB，最大承受光功率300mW。
第二波分复用器1203为976/1064nm波分复用器，最高承受功率1W。
第二增益光纤1204的纤芯掺杂有镱离子，受976nm的泵浦激光产生后自发辐射出1020-1090nm的激光。
非线性放大器1300包括第一脉冲压缩器1310和光纤放大器1320，用于拓展自光纤预放大器1200输出的信号光ω3的光谱，并提升该信号光ω3的功率，使该信号光ω3突破种子光脉冲的光谱带宽限制。
第一脉冲压缩器1310可以是光栅对压缩器或者棱栅对压缩器。如图2所示，第一脉冲压缩器1310可具体包括第一准直器1311、第一二分之一波片1312、第一反射镜1313、第一光栅对1314、第二反射镜1315、第三反射镜1316和第二准直器1317。第一准直器1311通过光纤与光纤预放大器1200的输出端熔接，将自光纤预放大器1200输出的信号光ω3准直后耦合入自由空间，该信号光ω3再透过第一二分之一波片1312后经第一反射镜1313改变方向后入射第一光栅对1314，经第一光栅对1314衍射出的信号光ω3再经第二反射镜1315反射以与入射光路错开的光路返回(第二反射镜1315角度略微下压使返回光和信号光能够区分开来，方便输出)，得到脉冲压缩后的信号光ω4，该信号光ω4再经第三反射镜1316改变方向后被第二准直器1317收集耦合入与第二准直器1317通过光纤耦合的光纤放大器1320中。
具体地，第一准直器1311的工作波长为1064nm，工作距离500mm，最高承受光功率500Mw，尾纤类型为保偏光纤，用于将信号光ω3准直输出至自由空间。
第一二分之一波片1312的工作波长为1064nm，通过旋转二分之一波片可以改变光栅的压缩效率，原因在于光栅为偏振敏感器件，改变信号光的偏振角度会影响信号光入射到光栅时透射光和衍射光的比例，从而改变压缩效率。
第一光栅对1314的工作波长1064nm，光栅线数为1200line/mm，衍射效率>90％，其压缩脉冲原理为，信号光ω3入射到光栅栅区时发生衍射，不同频率的光出射角度不同，导致他们在自由空间中走过的光程不同，信号光在光纤中传输时由于色散效应，脉冲被展宽，光栅压缩则通过改变信号光不同频率成分在空间中的光程差来补偿因为光纤产生的色散，从而达到压缩脉冲的效果。
第一反射镜1313、第二反射镜1315和第三反射镜1316均为中心工作波长1064nm的反射镜，反射率大于99％，其中第二反射镜1315与信号光垂直略下倾放置，第一反射镜1313和第三反射镜1316与信号光成45°放置。
第二准直器1317为内部集成高功率隔离器的光纤准直器，工作波长为1064nm，工作距离500mm，最高承受光功率500mW，隔离度>40dB，尾纤类型为保偏光纤，用于将信号光ω4重新收集到光纤中，同时确保其单向传输，抑制光纤放大器1320中后向返回激光。
经第一脉冲压缩器1310产生的信号光ω4的中心波长1064nm，平均功率>200mW，脉冲宽度<500fs，光谱宽度<5nm。
光纤放大器1320采用大模场光子晶体光纤放大器对信号光ω4进行功率进一步地提升，以输出信号光ω5。如图2所示，光纤放大器1320包括第三半导体激光器1321、泵浦信号合束器1322和光子晶体增益光纤1323，该光纤放大器1320各光纤器件均为保偏器件，采用保偏熔接机实现低损耗熔接，熔接损耗小于0.1dB。第三半导体激光器1321为多模光纤耦合型半导体激光器，中心波长为976nm，最高输出光功率10W。泵浦信号合束器1322的泵浦端通过光纤与第三半导体激光器1321熔接，泵浦信号合束器1322的信号端通过光纤与第一脉冲压缩器1310的输出端熔接，泵浦信号合束器1322的输出端与光子晶体增益光纤1323熔接，其泵浦端单臂最高承受光功率25W。光子晶体增益光纤1323为纤芯掺杂镱离子的保偏双包层光子晶体光纤，内包层直径135um，双包层结构使泵浦光在纤芯和内包层之间穿梭，极大地提高掺杂离子对泵浦光的吸收效率，提高放大效率，光子晶体的结构则确保信号光在光纤中始终保持单模传输，输出光斑模式为基横模，确保输出光束质量，同时抑制模式色散。
经光纤放大器1320输出的信号光ω5的中心波长1064nm，脉冲宽度<10ps，光谱宽度>15nm，平均功率视第三半导体激光器1321的输出泵浦功率而定，最高可达5W。
宽带四波混频产生器1400包括第二脉冲压缩器1410和高非线性光纤耦合输出模块1420，用于对自非线性放大器1300输出的信号光ω5进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光ω5耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光ω7。
第二脉冲压缩器1410可以是光栅对压缩器或者棱栅对压缩器。如图3所示，第二脉冲压缩器1410具体可包括第一准直透镜1411、第二二分之一波片1412、第四反射镜1413、第二光栅对1414、第五反射镜1415和第六反射镜1416。第一准直透镜1411将从光纤放大器1320输出的信号光ω5准直后耦合入自由空间，该信号光ω5再透过第二二分之一波片1412后经第四反射镜1413改变方向后入射第二光栅对1414，经第二光栅对1414衍射出的信号光经第五反射镜1415以与入射光路错开的光路返回(第五反射镜1415角度略微下压使返回光和信号光能够区分开来，方便输出)，得到脉冲压缩后的信号光ω6，该信号光ω6再经第六反射镜1416改变方向后进入高非线性光纤耦合输出模块1420中。
具体地，第一准直透镜1411的焦距为18mm，工作波长为1064nm，用于将信号光ω5准直到自由空间中进行压缩。
第二脉冲压缩器1410的工作原理同第一脉冲压缩器1310，经第二脉冲压缩器1410压缩后输出信号光ω6，该信号光ω6的中心波长1064nm，脉冲宽度<250fs，光谱宽度>15nm，平均功率视第三半导体激光器1321的输出泵浦功率而定，最高可达3W。
高非线性光纤耦合输出模块1420包括依次排列的高功率空间隔离器1421、第一耦合透镜1422、高非线性光子晶体光纤1423和第一输出透镜1424；高非线性光子晶体光纤1423的两端分别连接第一耦合透镜1422和第一输出透镜1424。
其中，高功率空间隔离器1421为宽带光隔离器，工作波长690-1080nm，最大承受光功率3W，隔离度>30dB，用于确保信号光ω6单向传输并抑制高非线性光子晶体光纤1423中宽带后向返回激光。
第一耦合透镜1422为焦距为4mm的消色差透镜，用于将信号光ω6耦合到高非线性光子晶体光纤1423中，耦合效率>40％。
高非线性光子晶体光纤1423采用保偏光子晶体结构，保证产生激光的单一线偏振态，非线性系数为12.4W-1Km-1，零色散点位于540nm，1064nm波长位于其负色散区域。高非线性光子晶体光纤1423在高功率信号光ω6入射后会产生强烈的四波混频效应，实现高效的频率转换，获得宽带飞秒脉冲激光输出，输出光谱见图5。
第一输出透镜1424为焦距为4mm的消色差透镜，用于将信号光ω7准直输出到自由空间。
最终，信号光ω7的输出激光波长覆盖200nm以上，具体光谱范围及功率视泵浦功率而定，脉冲宽度<500fs。
Claims (9)
1.一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器(1100)、光纤预放大器(1200)、非线性放大器(1300)和宽带四波混频产生器(1400)；
所述脉冲振荡器(1100)为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光，所述脉冲振荡器(1100)的脉冲宽度为皮秒量级；所述脉冲振荡器(1100)中的光纤器件均为保偏器件；
所述光纤预放大器(1200)为单级或多级光纤放大器(1320)，用于提升自脉冲振荡器(1100)输出的信号光的功率；
所述非线性放大器(1300)包括第一脉冲压缩器(1310)和光纤放大器(1320)，用于拓展自光纤预放大器(1200)输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；
所述宽带四波混频产生器(1400)包括第二脉冲压缩器(1410)和高非线性光纤耦合输出模块(1420)，用于对自非线性放大器(1300)输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。
2.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述光纤预放大器(1200)、非线性放大器(1300)和宽带四波混频产生器(1400)中的光纤器件均为保偏器件。
3.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述脉冲振荡器(1100)包括第一半导体激光器(1101)、可饱和吸收镜(1102)、第一增益光纤(1103)、第一波分复用器(1104)、光纤布拉格光栅(1105)和光纤分束器(1106)；所述可饱和吸收镜(1102)、第一增益光纤(1103)和第一波分复用器(1104)依次熔接，所述第一波分复用器(1104)还通过光纤分别与第一半导体激光器(1101)和光纤布拉格光栅(1105)熔接，所述光纤布拉格光栅(1105)还通过光纤与光纤分束器(1106)熔接。
4.根据权利要求3所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述光纤预放大器(1200)为单级光纤放大器，包括第二半导体激光器(1201)、光纤隔离器(1202)、第二波分复用器(1203)、第二增益光纤(1204)，所述光纤隔离器(1202)通过光纤分别与光纤分束器(1106)和第二波分复用器(1203)熔接，所述第二波分复用器(1203)还分别与第二半导体激光器(1201)和第二增益光纤(1204)熔接。
5.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述第一脉冲压缩器(1310)和第二脉冲压缩器(1410)为光栅对压缩器或者棱栅对压缩器。
6.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述第一脉冲压缩器(1310)包括第一准直器(1311)、第一二分之一波片(1312)、第一反射镜(1313)、第一光栅对(1314)、第二反射镜(1315)、第三反射镜(1316)和第二准直器(1317)；所述第一准直器(1311)通过光纤与光纤预放大器(1200)的输出端熔接，将自光纤预放大器(1200)输出的信号光准直后耦合入自由空间，该信号光再透过第一二分之一波片(1312)后经第一反射镜(1313)改变方向后入射第一光栅对(1314)，经第一光栅对(1314)衍射出的信号光再经第二反射镜(1315)反射以与入射光路错开的光路返回，再经第三反射镜(1316)改变方向后被第二准直器(1317)收集耦合入与第二准直器(1317)通过光纤耦合的光纤放大器(1320)中。
7.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述光纤放大器(1320)为大模场光子晶体光纤放大器，包括第三半导体激光器(1321)、泵浦信号合束器(1322)和光子晶体增益光纤(1323)，所述泵浦信号合束器(1322)的泵浦端通过光纤与第三半导体激光器(1321)熔接，所述泵浦信号合束器(1322)的信号端通过光纤与第一脉冲压缩器(1310)的输出端熔接，所述泵浦信号合束器(1322)的输出端与光子晶体增益光纤(1323)熔接。
8.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述第二脉冲压缩器(1410)包括第一准直透镜(1411)、第二二分之一波片(1412)、第四反射镜(1413)、第二光栅对(1414)、第五反射镜(1415)和第六反射镜(1416)；所述第一准直透镜(1411)将从光纤放大器(1320)输出的信号光准直后耦合入自由空间，该信号光再透过第二二分之一波片(1412)后经第四反射镜(1413)改变方向后入射第二光栅对(1414)，经第二光栅对(1414)衍射出的信号光经第五反射镜(1415)以与入射光路错开的光路返回，再经第六反射镜(1416)改变方向后进入高非线性光纤耦合输出模块(1420)中。
9.根据权利要求1所述的一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，所述高非线性光纤耦合输出模块(1420)包括依次排列的高功率空间隔离器(1421)、第一耦合透镜(1422)、高非线性光子晶体光纤(1423)和第一输出透镜(1424)；所述高非线性光子晶体光纤(1423)的两端分别连接第一耦合透镜(1422)和第一输出透镜(1424)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710446256.9A CN107045248B (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710446256.9A CN107045248B (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107045248A CN107045248A (zh) | 2017-08-15 |
| CN107045248B true CN107045248B (zh) | 2023-05-23 |
Family
ID=59546891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710446256.9A Active CN107045248B (zh) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107045248B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109407440B (zh) * | 2017-08-16 | 2020-09-25 | 清华大学 | 一种基于大模场光纤的单模高功率放大装置 |
| JP7093949B2 (ja) | 2018-03-01 | 2022-07-01 | 日本電信電話株式会社 | 光周波数計測装置 |
| CN108879302B (zh) * | 2018-07-17 | 2021-05-07 | 杭州电子科技大学 | 一种基于光参量振荡的光频率梳产生器 |
| CN109842010A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-06-04 | 中山铟尼镭斯科技有限公司 | 一种激光脉宽压缩器 |
| WO2021052801A1 (en) | 2019-09-18 | 2021-03-25 | Asml Netherlands B.V. | Improved broadband radiation generation in hollow-core fibres |
| EP3805857A1 (en) * | 2019-10-09 | 2021-04-14 | ASML Netherlands B.V. | Improved broadband radiation generation in hollow-core fibres |
| CN111211834B (zh) * | 2020-03-25 | 2021-08-20 | 无锡市德科立光电子技术股份有限公司 | 评估和抑制超长距无中继光通信系统信号光谱变形的方法 |
| CN113949479B (zh) * | 2021-09-03 | 2023-08-04 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 信号光放大设备、方法及存储介质 |
| CN114324271B (zh) * | 2021-12-24 | 2024-02-23 | 中国科学院物理研究所 | 自相位调制光谱选择驱动的显微镜系统、其方法及显微镜 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101840125A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-22 | 北京大学 | 一种负色散脉冲展宽光纤放大装置 |
| CN103166095A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-06-19 | 广东汉唐量子光电科技有限公司 | 一种可见波段的全光纤脉冲激光系统 |
| CN104950546A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-09-30 | 浙江大学 | 一种利用参量转换技术产生中波红外激光输出的方法 |
| CN105428975A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-23 | 上海朗研光电科技有限公司 | 高功率飞秒光纤激光器 |
| CN206773366U (zh) * | 2017-06-14 | 2017-12-19 | 上海朗研光电科技有限公司 | 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2496214B (en) * | 2011-11-01 | 2016-03-16 | Fianium Ltd | Amplifying optical device pumped or seeded with nonlinearly generated light |
-
2017
- 2017-06-14 CN CN201710446256.9A patent/CN107045248B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101840125A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-09-22 | 北京大学 | 一种负色散脉冲展宽光纤放大装置 |
| CN103166095A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-06-19 | 广东汉唐量子光电科技有限公司 | 一种可见波段的全光纤脉冲激光系统 |
| CN104950546A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-09-30 | 浙江大学 | 一种利用参量转换技术产生中波红外激光输出的方法 |
| CN105428975A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-03-23 | 上海朗研光电科技有限公司 | 高功率飞秒光纤激光器 |
| CN206773366U (zh) * | 2017-06-14 | 2017-12-19 | 上海朗研光电科技有限公司 | 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107045248A (zh) | 2017-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107045248B (zh) | 一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置 | |
| CN107024816B (zh) | 高阶色散补偿啁啾光谱展宽系统 | |
| JP5661088B2 (ja) | 光学増幅装置 | |
| US6917631B2 (en) | Pulsed light sources | |
| US7773294B2 (en) | Low-average-power parabolic pulse amplification | |
| CN101840125B (zh) | 一种负色散脉冲展宽光纤放大装置 | |
| JP2004227011A (ja) | 高出力光パルスの発生装置および発生方法 | |
| US20050008044A1 (en) | Mode-locked multi-mode fiber laser pulse source | |
| US8848748B2 (en) | Methods and systems for fiber delivery of high peak power | |
| EP1812823A2 (en) | Optical parametric amplification, optical parametric generation, and optical pumping in optical fibers systems | |
| Mukhopadhyay et al. | All-fiber low-noise high-power femtosecond Yb-fiber amplifier system seeded by an all-normal dispersion fiber oscillator | |
| CN104283097A (zh) | 一种780nm的高功率光纤飞秒激光器 | |
| US9472919B2 (en) | Generation of narrow line width high power optical pulses | |
| US20170170620A1 (en) | Light source device and information acquisition apparatus | |
| CN101151577A (zh) | 光源装置 | |
| Michalska et al. | Highly efficient, kW peak power, 1.55 µm all-fiber MOPA system with a diffraction-limited laser output beam | |
| Agnesi et al. | 150-ps pulse Raman generator pumped by a 1-kHz sub-nanosecond passively Q-switched laser system | |
| Kharenko et al. | All-fiber highly chirped dissipative soliton oscillator and its scaling | |
| CN204088868U (zh) | 一种780nm的高功率光纤飞秒激光器 | |
| CN216015994U (zh) | 一种激光器 | |
| Kharenko et al. | Generation of dissipative solitons in femtosecond fiber lasers | |
| Li et al. | High-efficiency, high-gain, all-fibered double-pass configuration for low-duty-cycle temporally shaped nanosecond pulse amplification | |
| Ahmad et al. | Generation of high power pulse of Bi‐EDF and octave spanning supercontinuum using highly nonlinear fiber | |
| Takayanagi et al. | High-peak-power ultrashort pulse generation using all-fiber chirped pulse amplification system with small core multimode fiber | |
| Lee et al. | High Power Er Fiber Comb Beyond Soliton Compression |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180426 Address after: 200237 District 2319, room 69, Lane 1985, Chunshen Road, Minhang District, Shanghai 1 district. Applicant after: SHANGHAI LANGYAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: EAST CHINA NORMAL University Address before: 200237 District 2319, room 69, Lane 1985, Chunshen Road, Minhang District, Shanghai 1 district. Applicant before: Shanghai Langyan Optoelectronics Technology Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |