CN110518442A - 双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器。提高泵浦光的功率来提高超连续谱激光的展宽范围会极大地影响激光器的稳定性，甚至造成光学器件的损坏。本发明包括泵浦源、波分复用器一、增益光纤一、光开关、泵浦光源一、高反单元一、波分复用器二、增益光纤二、光饱和吸收体一、低反单元一、高非线性光子晶体光纤一、泵浦光源二、高反单元二、波分复用器三、增益光纤三、光饱和吸收体二、低反单元二和高非线性光子晶体光纤二。本发明选择硒化铅量子点作为增益光纤，通过调节光开关的输出端口分两路来输出两种不同光谱范围的超连续谱激光，在较低的泵浦功率下得到所需的超连续谱激光，避免泵浦功率过大造成光学器件的损坏。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器。
背景技术
激光光源由于具有高亮度、很好的方向性和单色性，使其在基础科学研究及工业技术等领域成为不可替代的光源。但是在众多实际应用中，要求光源具有一定的光谱宽度，此时普通激光光源不能满足应用需求。为满足这种需求，超连续谱光源应运而生。超连续谱激光光源不仅具有高亮度和很好的方向性，还具有宽光谱的特性。超连续谱激光产生的过程：窄带激光入射到非线性介质内，当激光在非线性介质中传输时，由于介质的色散和各种非线性效应，使出射激光的光谱得到展宽，从而得到超连续谱激光光源。如何对超连续谱激光的光谱范围进行控制，得到所需光谱范围的超连续谱激光光源是当前研究的热点。
目前，在超连续谱光纤激光器中，增益介质主要为稀土离子，而每种稀土离子仅能辐射特定波长范围的激光，例如Yb3+通常辐射1微米波段、Er3+通常辐射1.5微米波段，而Tm3+集中在2微米波段，对一些特殊的波长范围无能为力。虽然可以通过提高泵浦光的功率来提高超连续谱激光的展宽范围，进而得到所需光谱范围的超连续谱激光，但是这种方法还是无法用于产生指定波段范围的超连续谱，并且过高的泵浦功率会极大地影响整个激光器系统的稳定性，甚至会造成光学器件的损坏。
半导体纳米晶体量子点是一种准零维的纳米材料，量子点的发射峰值波长取决于量子点本身尺寸，我们可以通过改变量子点的尺寸，来激射任意波长的激光。因此用量子点代替传统的稀土离子作为超连续谱的增益介质将是拓展超连续谱光谱范围的重要方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有超连续谱光纤激光器的缺陷与不足，提供一种以硒化铅量子点为增益介质的可以产生两种光谱范围的超连续谱光纤激光器。
本发明包括泵浦源、波分复用器一、增益光纤一、光开关、泵浦光源一、高反单元一、波分复用器二、增益光纤二、光饱和吸收体一、低反单元一、高非线性光子晶体光纤一、泵浦光源二、高反单元二、波分复用器三、增益光纤三、光饱和吸收体二、低反单元二和高非线性光子晶体光纤二；所述的增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三均为多粒径硒化铅量子点光纤。所述泵浦源的输出光纤与波分复用器一的泵浦端相连；波分复用器一的输出端与增益光纤一的一端相连；增益光纤一的另一端与光开关的输入端相连，光开关的输出端分为a端和b端；光开关的a端与波分复用器二的信号源一端相连，波分复用器二的泵浦端与高反单元一一端相连，高反单元一的另一端与泵浦光源一的输出光纤相连，波分复用器二的输出端与增益光纤二一端相连，增益光纤二的另一端与光饱和吸收体一一端相连，光饱和吸收体一的另一端与低反单元一一端相连，低反单元一的另一端与高非线性光子晶体光纤一相连，高非线性光子晶体光纤一输出一种光谱范围的超连续谱激光；光开关的b端与波分复用器三的信号源一端相连，波分复用器三的泵浦端与高反单元二一端相连，高反单元二的另一端与泵浦光源二的输出光纤相连，波分复用器三的输出端与增益光纤三一端相连，增益光纤三的另一端与光饱和吸收体二一端相连，光饱和吸收体二的另一端与低反单元二一端相连，低反单元二的另一端与高非线性光子晶体光纤二相连，高非线性光子晶体光纤二输出另一种光谱范围的超连续谱激光。
优选地，所述的泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二均采用带单模尾纤的半导体激光器。
优选地，所述的高反单元一、高反单元二、低反单元一和反单元二均采用光纤布拉格光栅。
优选地，所述高反单元一和高反单元二的反射率均为99.5％，低反单元一和低反单元二的反射率均为50％。
优选地，所述的光饱和吸收体一和光饱和吸收体二均采用单壁碳纳米管或石墨烯。
优选地，所述增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三的芯径均为10μm，外径均为125μm。
优选地，所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长均为1100nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1000nm或1200nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为1000nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1200nm。
优选地，所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长为1700nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1600nm或1900nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为1600nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1900nm。
优选地，所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长均为2100nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为2000nm或2200nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为2000nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1550nm。
优选地，所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长均为1500nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1400nm或1600nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为1400nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1600nm。
本发明具有的有益效果是：
本发明选择硒化铅量子点作为增益光纤，能够较为准确地得到所需光谱范围的超连续谱激光；并利用硒化铅量子点半峰全宽较大的优势，只采用一根硒化铅量子点光纤作为双波长激光器信号源的增益光纤，就可在同一台超连续谱激光器上，通过调节光开关的输出端口分两路来输出两种不同光谱范围的超连续谱激光，优化了超连续谱激光器的结构。特别地，本发明能够在较低的泵浦功率下得到所需的超连续谱激光，减少了能量损耗，提高了整个激光器系统的稳定性，避免泵浦功率过大造成光学器件的损坏。
附图说明
图1是本发明的器件连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，包括泵浦源1、波分复用器一2、增益光纤一3、光开关4、泵浦光源一5、高反单元一6、波分复用器二7、增益光纤二8、光饱和吸收体一9、低反单元一10、高非线性光子晶体光纤一11、泵浦光源二12、高反单元二13、波分复用器三14、增益光纤三15、光饱和吸收体二16、低反单元二17和高非线性光子晶体光纤二18；增益光纤一3、增益光纤二8和增益光纤三15均为多粒径硒化铅量子点光纤。泵浦源1的输出光纤与波分复用器一2的泵浦端相连；波分复用器一2的输出端与增益光纤一3的一端相连；增益光纤一3的另一端与光开关4的输入端相连，光开关的输出端分为a端和b端；光开关的a端与波分复用器二7的信号源一端相连，波分复用器二7的泵浦端与高反单元一6一端相连，高反单元一的另一端与泵浦光源一5的输出光纤相连，波分复用器二7的输出端与增益光纤二8一端相连，增益光纤二8的另一端与光饱和吸收体一9一端相连，光饱和吸收体一9的另一端与低反单元一10一端相连，低反单元一10的另一端与高非线性光子晶体光纤一11相连，最终高非线性光子晶体光纤一11输出一种光谱范围的超连续谱激光；光开关的b端与波分复用器三14的信号源一端相连，波分复用器三14的泵浦端与高反单元二13一端相连，高反单元二13的另一端与泵浦光源二12的输出光纤相连，波分复用器三14的输出端与增益光纤三15一端相连，增益光纤三15的另一端与光饱和吸收体二16一端相连，光饱和吸收体二16的另一端与低反单元二17一端相连，低反单元二17的另一端与高非线性光子晶体光纤二18相连，最终高非线性光子晶体光纤二18输出另一种光谱范围的超连续谱激光。
泵浦源1、泵浦光源一5和泵浦光源二12均采用带单模尾纤的半导体激光器。
高反单元一6、高反单元二13、低反单元一10和反单元二17均采用光纤布拉格光栅。
高反单元一6和高反单元二13的反射率均为99.5％，低反单元一10和低反单元二17的反射率均为50％。
光饱和吸收体一9和光饱和吸收体二16均采用单壁碳纳米管或石墨烯。
增益光纤一3、增益光纤二8和增益光纤三15的芯径均为10μm，外径均为125μm。
泵浦源1、泵浦光源一5、泵浦光源二12、增益光纤一3、增益光纤二8、增益光纤三15、波分复用器一2、波分复用器二7、波分复用器三14、光开关4、高反单元一6、高反单元二13、低反单元一10、反单元二17、高非线性光子晶体光纤一11和高非线性光子晶体光纤二18的具体参数值采用如下三种分配方式：
实施例1：泵浦源1、泵浦光源一5和泵浦光源二12的波长均为980nm；增益光纤一3、增益光纤二8和增益光纤三15激射的中心波长均为1100nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1000nm或1200nm；高反单元一6、低反单元一10和高非线性光子晶体光纤一11的中心波长均为1000nm，高非线性光子晶体光纤一11可实现中心波长位于1000nm附近的超连续谱激光；高反单元二13、反单元二17和高非线性光子晶体光纤二18的中心波长均为1200nm，高非线性光子晶体光纤二18可实现中心波长位于1200nm附近的超连续谱激光。
实施例2：泵浦源1、泵浦光源一5和泵浦光源二12的波长均为980nm；增益光纤一3、增益光纤二8和增益光纤三15激射的中心波长为1700nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1600nm或1900nm；高反单元一6、低反单元一10和高非线性光子晶体光纤一11的中心波长均为1600nm，高非线性光子晶体光纤一11可实现中心波长位于1600nm附近的超连续谱激光；高反单元二13、反单元二17和高非线性光子晶体光纤二18的中心波长均为1900nm，高非线性光子晶体光纤二18可实现中心波长位于1900nm附近的超连续谱激光。
实施例3：泵浦源1、泵浦光源一5和泵浦光源二12的波长均为980nm；增益光纤一3、增益光纤二8和增益光纤三15激射的中心波长均为2100nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为2000nm或2200nm；高反单元一6、低反单元一10和高非线性光子晶体光纤一11的中心波长均为2000nm，高非线性光子晶体光纤一11可实现中心波长位于2000nm附近的超连续谱激光；高反单元二13、反单元二17和高非线性光子晶体光纤二18的中心波长均为1550nm，高非线性光子晶体光纤二18可实现中心波长位于2200nm附近的超连续谱激光。
实施例4：泵浦源1、泵浦光源一5和泵浦光源二12的波长均为980nm；增益光纤一3、增益光纤二8和增益光纤三15激射的中心波长均为1500nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1400nm或1600nm；高反单元一6、低反单元一10和高非线性光子晶体光纤一11的中心波长均为1400nm，高非线性光子晶体光纤一11可实现中心波长位于1400nm附近的超连续谱激光；高反单元二13、反单元二17和高非线性光子晶体光纤二18的中心波长均为1600nm，高非线性光子晶体光纤二18可实现中心波长位于1600nm附近的超连续谱激光。
Claims (10)
1.双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器一、增益光纤一、光开关、泵浦光源一、高反单元一、波分复用器二、增益光纤二、光饱和吸收体一、低反单元一、高非线性光子晶体光纤一、泵浦光源二、高反单元二、波分复用器三、增益光纤三、光饱和吸收体二、低反单元二和高非线性光子晶体光纤二，其特征在于：所述的增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三均为多粒径硒化铅量子点光纤；所述泵浦源的输出光纤与波分复用器一的泵浦端相连；波分复用器一的输出端与增益光纤一的一端相连；增益光纤一的另一端与光开关的输入端相连，光开关的输出端分为a端和b端；光开关的a端与波分复用器二的信号源一端相连，波分复用器二的泵浦端与高反单元一一端相连，高反单元一的另一端与泵浦光源一的输出光纤相连，波分复用器二的输出端与增益光纤二一端相连，增益光纤二的另一端与光饱和吸收体一一端相连，光饱和吸收体一的另一端与低反单元一一端相连，低反单元一的另一端与高非线性光子晶体光纤一相连，高非线性光子晶体光纤一输出一种光谱范围的超连续谱激光；光开关的b端与波分复用器三的信号源一端相连，波分复用器三的泵浦端与高反单元二一端相连，高反单元二的另一端与泵浦光源二的输出光纤相连，波分复用器三的输出端与增益光纤三一端相连，增益光纤三的另一端与光饱和吸收体二一端相连，光饱和吸收体二的另一端与低反单元二一端相连，低反单元二的另一端与高非线性光子晶体光纤二相连，高非线性光子晶体光纤二输出另一种光谱范围的超连续谱激光。
2.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二均采用带单模尾纤的半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述的高反单元一、高反单元二、低反单元一和反单元二均采用光纤布拉格光栅。
4.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述高反单元一和高反单元二的反射率均为99.5％，低反单元一和低反单元二的反射率均为50％。
5.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述的光饱和吸收体一和光饱和吸收体二均采用单壁碳纳米管或石墨烯。
6.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三的芯径均为10μm，外径均为125μm。
7.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长均为1100nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1000nm或1200nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为1000nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1200nm。
8.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长为1700nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1600nm或1900nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为1600nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1900nm。
9.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长均为2100nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为2000nm或2200nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为2000nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1550nm。
10.根据权利要求1所述的双波长硒化铅量子点超连续谱光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源、泵浦光源一和泵浦光源二的波长均为980nm；增益光纤一、增益光纤二和增益光纤三激射的中心波长均为1500nm，半峰全宽均为200nm；光开关的中心波长为1400nm或1600nm；高反单元一、低反单元一和高非线性光子晶体光纤一的中心波长均为1400nm；高反单元二、反单元二和高非线性光子晶体光纤二的中心波长均为1600nm。
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