CN113794094A - 基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源 - Google Patents

基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，利用采用CPA技术实现的2微米波段皮秒脉冲放大器对ZBLAN光纤和InF3光纤进行级联泵浦、分段展宽，采用被动锁模的方式获得2微米种子脉冲激光，再经过预放大器来放大激光的平均功率，利用光纤脉冲展宽器进行脉冲展宽，通过降低脉冲的峰值功率来抑制放大过程中产生的非线性效应，同时对增益光纤进行热效应管理，可获得高光转换效率的2微米波段激光，进一步泵浦级联的氟化物软玻璃光纤，并通过氮气进行光纤、熔点和输出端的冷却处理，有效缓解了熔点处的热积累并可获得数十瓦量级平均功率的激光输出。本发明立足于全光纤结构，具有结构紧凑、集成度高、稳定性好、转换效率高等优点。

Description

基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源。
背景技术
近十年来，中红外(MIR)超连续谱(SC)激光光源在输出功率和光谱覆盖率方面都有了长足的发展，同时还出现了一系列新的应用，包括红外光谱、高光谱成像、环境传感等。特别是光谱覆盖范围为2-5μm波段的中红外超连续谱激光源由于其在该波段的大气窗口而受到越来越多的关注，同时这一波段也是光电对抗中各类探测器常见的响应谱段，在国家国防安全领域有着重大战略需求。为了产生中红外SC，通常采用2μm波段光源泵浦非线性软玻璃光纤来获得，这是由于非线性软玻璃光纤在中红外区域具有低的传输损耗，例如氟化物光纤、碲酸盐光纤、硫化物光纤等。在所有软玻璃光纤中，目前氟化物软玻璃光纤在技术上更为成熟并且它们已经商业化。
2013年，南安普顿大学光电子学研究中心采用3.5μJ、33ps、2008nm掺铥光纤放大器泵浦7m ZBLAN光纤，也实现了750nm-4000nm瓦级超连续谱输出。同年，国防科技大学将SESAM锁模26ps掺铥光纤激光器进行三级功率放大，泵浦10m、纤芯包层直径为8/130μm,NA＝0.27的ZBLAN光纤，最终实现了7.11W、光谱范围1.9μm-3.9μm的超连续谱输出，>2.5μm功率约为3.52W。2014年，又将功率提升至13W，光谱范围为～1.9μm-4.3μm。2016年，深圳大学的Z.Zheng和S.Ruan等利用石英光纤和ZBLAN光纤的熔接技术，将高功率1.95μm的MOPA系统和ZBLAN光纤集成在一起，实现了波长覆盖1.9-4.1μm的全光纤中红外超连续谱激光光源，最大输出功率10.6W。但是目前中红外超短脉冲光纤激光器的平均功率、光谱宽度、光谱平坦性等还会受到非线性软玻璃光纤传输损耗、熔接效率等的限制。同时由于中红外软玻璃光纤与普通石英玻璃光纤的玻璃软化温度相差较大(例如ZBLAN光纤与石英光纤的玻璃软化温度相差近1000℃)，导致二者熔接损耗很大，对实现高功率全光纤中红外波段宽光谱激光输出带来挑战。因此，进一步研究中红外波段宽光谱的产生与应用、提高其性能仍然具有重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，能够获得高功率、宽光谱的激光脉冲输出，具有结构紧凑、集成度高、稳定性好、转换效率高等优点。
基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，包括依次连接的锁模光纤激光器(1)、预放大器(2)、光纤展宽器(3)、放大器(4)、ZBLAN光纤(5)、InF3(6)以及氮气制冷装置(7)；
所述锁模光纤激光器(1)用于产生2微米波段的锁模脉冲激光；
所述预放大器(2)用于将所述锁模脉冲激光的功率进行第一次预放大；
所述光纤展宽器(3)用于将第一次预放大后的锁模脉冲激光进行脉冲展宽；
所述放大器(4)用于将脉冲展宽后的锁模脉冲激光的功率进行第二次放大；
所述ZBLAN光纤(5)用于将第二次放大后的锁模脉冲激光进行第一次光谱展宽；
所述InF3(6)用于将第一次光谱展宽后的脉冲激光进行第2次的光谱展宽；
所述氮气制冷装置(7)用于将各软玻璃光纤及其熔点进行低温冷却。
所述ZBLAN光纤(5)的传输窗口范围小于InF3(6)的传输窗口范围，所述ZBLAN光纤(5)和InF3(6)采用光纤熔接的方式进行全光纤连接。
进一步地，所述锁模光纤激光器(1)包括可饱和吸收体(11)、增益光纤(12)、部分反射的光纤布拉格光栅(13)、波分复用器(14)、半导体激光器(15)、光纤耦合输出器(16)以及光纤隔离器(17)；它们通过单模光纤依次连接构成线型腔结构，上述器件均采用光纤熔接进行连接，波分复用器(14)与半导体激光器(15)用于提供泵浦能量，增益光纤(12)用来提供增益，可饱和吸收体(11)和部分反射的光纤布拉格光栅(13)用于形成激光谐振腔，利用可饱和吸收体(11)实现锁模激光输出，光纤耦合输出器(16)包括两个端口，其中一个端口用于输出锁模脉冲激光，另一个端口用于探测锁模脉冲激光的稳定性，光纤隔离器(17)用于隔离后续光路的形成的反馈光。
进一步地，所述预放大器(2)包括793nm半导体激光器(21)、光纤合束器(22)、掺铥光纤(23)以及光纤隔离器(24)，793nm半导体激光器(21)用于产生泵浦光，光纤合束器(22)用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤(23)，掺铥光纤(23)用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现锁模脉冲激光功率的预放大，然后将预放大后的锁模脉冲激光通过所述光纤隔离器(24)进入光纤展宽器(3)，所述光纤隔离器(24)用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
进一步地，所述光纤展宽器(3)设于所述预放大器(2)和所述放大器(4)之间，所述光纤展宽器(3)来提供正色散以展宽脉冲宽度。
进一步地，所述放大器(4)包括793nm半导体激光器(21)、光纤合束器(22)、掺铥光纤(23)以及光纤隔离器(24)，793nm半导体激光器(21)用于产生泵浦光，光纤合束器(22)用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤(23)，掺铥光纤(23)用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现锁模脉冲激光功率的预放大，然后将预放大后的锁模脉冲激光通过所述光纤隔离器(24)进入光纤展宽器(3)，所述光纤隔离器(24)用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
进一步地，所述氮气制冷装置(7)所采用的为99.9999％高纯度氮气，对所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)、熔点以及InF3光纤(6)的输出端进行氮气冷却，这是为了避免水蒸气使得所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)发生潮解，从而使所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)进行有效、大面积的散热。
有益效果：
本发明提供一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，立足于全光纤结构，使得光纤激光器具有结构紧凑、集成度高、稳定性好、转换效率高等优点，对工作环境中的振动等干扰因素不敏感，大大提高了激光器运行的稳定性和可靠性，适于工业化量产；同时，本发明利用级联氟化物软玻璃光纤的办法进行光谱展宽，通过级联泵浦ZBLAN光纤和InF3光纤，使得光谱范围有梯度的分段向长波长方向拓展，不仅可以获得宽光谱的激光输出，也缓解了软玻璃光纤功率提升和光谱展宽的压力，最终可以获得高功率、宽光谱的激光脉冲输出，满足于气体探测、激光医疗以及军事领域的应用需求。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的结构示意图；
1-锁模光纤激光器、2-预放大器、3-光纤展宽器、4-放大器、5-ZBLAN光纤、6-InF3、7-氮气制冷装置；
图2为本发明提供的一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源1-锁模光纤激光器的结构示意图；
11-可饱和吸收体、12-增益光纤、13-部分反射的光纤布拉格光栅、14-波分复用器、15-半导体激光器、16-光纤耦合输出器、17-光纤隔离器；
图3为本发明提供的一种基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源2-预放大器的结构示意图；
21-793nm半导体激光器、22-光纤合束器、23-掺铥光纤、24-光纤隔离器。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本申请方案，下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
参见图1，该图为本发明提供的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的结构示意图。基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，包括锁模光纤激光器(1)、预放大器(2)、光纤展宽器(3)、放大器(4)、ZBLAN光纤(5)、InF3(6)和氮气制冷装置(7)；
所述锁模光纤激光器(1)用于产生2微米波段的锁模脉冲激光；
所述预放大器(2)用于将所述锁模脉冲激光的功率进行第一次预放大；
所述光纤展宽器(3)用于将第一次预放大后的锁模脉冲激光进行脉冲展宽；
所述放大器(4)用于将脉冲展宽后的锁模脉冲激光的功率进行第二次放大；
所述ZBLAN光纤(5)用于将第二次放大后的锁模脉冲激光进行第一次光谱展宽；
所述InF3(6)用于将第一次光谱展宽后的脉冲激光进行第2次的光谱展宽；
所述氮气制冷装置(7)用于将各软玻璃光纤及其熔点进行-50～-20℃的低温冷却。
参见图2，该图为本发明提供的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的锁模光纤激光器(1)的结构示意图。所述锁模光纤激光器(1)包括可饱和吸收体(11)、增益光纤(12)、部分反射的光纤布拉格光栅(13)、波分复用器(14)、半导体激光器(15)、光纤耦合输出器(16)和光纤隔离器(17)；它们通过单模光纤依次连接构成线型腔结构，上述器件均采用光纤熔接进行连接，波分复用器(14)与半导体激光器(15)用于提供泵浦能量，增益光纤(12)用来提供增益，可饱和吸收体(11)和部分反射的光纤布拉格光栅(13)用于形成激光谐振腔，利用可饱和吸收体(11)实现锁模激光输出，光纤耦合输出器(16)包括两个端口，其中一个端口用于输出锁模脉冲激光，另一个端口用于探测锁模脉冲激光的稳定性，光纤隔离器(17)用于隔离后续光路的形成的反馈光；
由此可见，锁模光纤激光器(1)各光学器件的连接关系和工作原理为：沿光路依次设置可饱和吸收体(11)、增益光纤(12)、部分反射的光纤布拉格光栅(13)、波分复用器(14)、光纤耦合输出器(16)和光纤隔离器(17)，以及与波分复用器(14)通过光纤连接的半导体激光器(15)，在线型腔中，全反的可饱和吸收体(11)作为谐振腔的一个腔镜，部分反射的光纤布拉格光栅(13)作为谐振腔的另外一个腔镜，起到波长选择的作用，同时可作为分束器将一部分信号光留在谐振腔内继续振荡，另一部分信号光输出给下一级，其封装方式采用全光纤化封装方式，且在实验中试验可行。半导体激光器(15)利用纤芯泵浦的方式通过波分复用器(14)耦合进腔内对增益光纤(12)进行泵浦，产生稳定的种子锁模激光脉冲，部分锁模种子激光脉冲经光纤耦合输出器(16)输出端连接有光电探头，用来监测种子振荡器的稳定性，光纤隔离器(17)是为了避免后向反馈光对振荡器造成损害。
需要说明的是，锁模光纤激光器(1)的可饱和吸收体(11)的调制深度、增益光纤(12)长度、部分反射的光纤布拉格光栅(13)反射率、光纤耦合输出器(16)分束比等可根据实际情况与种子激光的脉冲特性、泵浦功率等有关进行调节。
参见图3，该图为本发明提供的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的预放大器(2)的结构示意图。所述预放大器(2)包括793nm半导体激光器(21)、光纤合束器(22)、掺铥光纤(23)和光纤隔离器(24)，793nm半导体激光器(21)用于产生泵浦光，光纤合束器(22)用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤(23)，掺铥光纤(23)用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现锁模脉冲激光功率的预放大，然后将预放大后的锁模脉冲激光通过所述光纤隔离器(24)进入光纤展宽器(3)，所述光纤隔离器(24)用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
需要说明的是，如果每一级预放大模块放大的功率过高，非线性效应就会越强，因此，把预放大模块放大的功率降低一些，通过多级放大，能够降低非线性效应；进一步地，所述预放大器(2)可包括一级或多级预放大器。
所述锁模光纤激光器(1)产生的脉冲激光通过预放大器(2)进行放大，从而得到功率提高到一定值的锁模脉冲激光。
所述光纤展宽器(3)设于所述预放大器(2)和所述放大器(4)之间，所述光纤展宽器(3)来提供正色散用于展宽通过预放大器(2)后的脉冲宽度。脉冲展宽后的锁模脉冲激光通过放大器(4)进行第二次放大，得到功率进一步提升的锁模脉冲激光。
所述放大器(4)包括793nm半导体激光器、光纤合束器、掺铥光纤和光纤隔离器，793nm半导体激光器用于产生泵浦光，光纤合束器用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤，掺铥光纤用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现脉冲激光功率的进一步放大，所述光纤隔离器用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
所述放大器(4)与所述预放大器(2)的器件设置一致，参见图3，不同的是793nm半导体激光器的功率不同，所述放大器(4)所使用的793nm半导体激光器采用的功率值会更高，从而在所述放大器(4)后实现更高的平均功率输出。
因此，本发明基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的泵浦光源的工作原理为：锁模光纤激光器(1)用于产生稳定的锁模脉冲种子激光，预放大器(2)用于将种子激光进行第一次预放大，并将第一次预放大后的激光输出到光纤展宽器(3)，光纤展宽器(3)用于将第一次预放大的激光脉冲进行展宽，以防止过高的峰值功率打坏器件；放大器(4)用于放大脉冲经过展宽后的激光，在放大器(4)后输出2微米波段高功率激光，以此作为ZBLAN光纤(5)、InF3(6)的泵浦光源。
所述ZBLAN光纤(5)的传输窗口范围小于InF3光纤(6)的传输窗口范围，所述ZBLAN光纤(5)的传输窗口范围为0.25～4.5微米，所述InF3光纤(6)的传输窗口范围为0.7～6微米，采用这两种中红外软玻璃光纤分段展宽的方法在非线性效应的作用下不仅可获得展宽至6微米波段的超连续宽光谱输出，还可以减小单独使用一种中红外软玻璃光纤的展宽压力，可获得高功率的超连续谱输出，同时可以延长激光器的工作时间；所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)均采用温度梯度光纤熔接的方式进行全光纤连接，ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)均属于氟化物光纤，材料性质相近，选用此两种中红外光纤相熔接的熔接效率可达到0.1dB，可获得高达百瓦的平均功率输出。
因此，本发明基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的光谱展宽光源的工作原理为：从基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的泵浦光源产生的2微米波段高功率激光对ZBLAN光纤(5)和InF3(6)依次进行泵浦，首先在ZBLAN光纤(5)中产生一定波长范围的光谱激光，然后再进入到InF3(6)中再次进行非线性展宽，利用软玻璃光纤中的色散和非线性使得脉冲在软玻璃光纤中发生自相位调制、调制不稳定性、孤子自频移、色散波等非线性效应，使得光谱在级联的InF3(6)中得到进一步向长波长方向展宽的激光输出，在最后的输出光纤末端切八度角以防止菲涅耳反射，从而获得2－5μm波段高功率、宽光谱的激光。
所述氮气制冷装置(7)所采用的为99.9999％高纯度氮气，对所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)、ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)的熔点、InF3光纤(6)的输出端进行-50～-20℃氮气冷却，这是为了避免水蒸气使得所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)发生潮解，同时避免熔点温度过高而产生击穿现象，从而使所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)进行有效、大面积的散热来获得高功率输出。
本发明的具体工作过程为：
锁模光纤激光器(1)用于产生稳定的锁模脉冲种子激光，预放大器(2)用于将种子激光进行第一次预放大，并将第一次预放大后的激光输出到光纤展宽器(3)，光纤展宽器(3)用于将第一次预放大的激光脉冲进行展宽，以防止过高的峰值功率打坏器件；放大器(4)用于放大脉冲经过展宽后的激光，在放大器(4)后输出2微米波段高功率激光，以此作为ZBLAN光纤(5)、InF3(6)的泵浦光源。从基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源的泵浦光源产生的2微米波段高功率激光对ZBLAN光纤(5)和InF3(6)依次进行泵浦，首先在ZBLAN光纤(5)中产生一定波长范围的光谱激光，然后再进入到InF3(6)中再次进行非线性展宽，利用软玻璃光纤中的色散和非线性使得脉冲在软玻璃光纤中发生自相位调制、调制不稳定性、孤子自频移、色散波等非线性效应，使得光谱在级联的InF3(6)中得到进一步向长波长方向展宽的激光输出，在最后的输出光纤末端切八度角以防止菲涅耳反射，从而获得2－5μm波段高功率、宽光谱的激光。
锁模光纤激光器(1)用于产生2微米波段的锁模脉冲激光。锁模光纤激光器(1)包括可饱和吸收体(11)、增益光纤(12)、部分反射的光纤布拉格光栅(13)、波分复用器(14)、半导体激光器(15)、光纤耦合输出器(16)和光纤隔离器(17)；它们通过单模光纤依次连接构成线型腔结构，上述器件均采用光纤熔接进行连接，波分复用器(14)与半导体激光器(15)用于提供泵浦能量，增益光纤(12)用来提供增益，可饱和吸收体(11)和部分反射的光纤布拉格光栅(13)用于形成激光谐振腔，利用可饱和吸收体(11)实现锁模激光输出，光纤耦合输出器(16)包括两个端口，其中一个端口用于输出锁模脉冲激光，另一个端口用于探测锁模脉冲激光的稳定性，光纤隔离器(17)用于隔离后续光路的形成的反馈光。
预放大器(2)用于将所述锁模脉冲激光的功率进行第一次预放大。预放大器(2)包括793nm半导体激光器(21)、光纤合束器(22)、掺铥光纤(23)和光纤隔离器(24)，793nm半导体激光器(21)用于产生泵浦光，光纤合束器(22)用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤(23)，掺铥光纤(23)用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现锁模脉冲激光功率的预放大，然后将预放大后的锁模脉冲激光通过所述光纤隔离器(24)进入光纤展宽器(3)，所述光纤隔离器(24)用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
光纤展宽器(3)用于将第一次预放大后的锁模脉冲激光进行脉冲展宽，以降低峰值功率和提高非线性效应的阈值。
放大器(4)用于将脉冲展宽后的锁模脉冲激光的功率进行第二次放大。放大器(4)包括793nm半导体激光器、光纤合束器、掺铥光纤和光纤隔离器，793nm半导体激光器用于产生泵浦光，光纤合束器用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤，掺铥光纤用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现脉冲激光功率的进一步放大，所述光纤隔离器用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
玻璃光纤1(5)用于将第二次放大后的锁模脉冲激光进行第一次光谱展宽；InF3(6)用于将第一次光谱展宽后的脉冲激光进行第2次的光谱展宽。所述ZBLAN光纤(5)的传输窗口范围小于InF3(6)的传输窗口范围，所述ZBLAN光纤(5)和InF3(6)采用光纤熔接的方式进行全光纤连接。
氮气制冷装置(7)用于将各软玻璃光纤及其熔点进行低温冷却。所述氮气制冷装置(7)所采用的为99.9999％高纯度氮气，对所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)、熔点以及InF3光纤(6)的输出端进行氮气冷却，这是为了避免水蒸气使得所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)发生潮解，从而使所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)进行有效、大面积的散热。
中红外波段高功率宽光谱光纤激光器多用于气体探测、生物医疗、军事国防等领域，对激光脉冲的功率和光谱的覆盖波长范围通常具有非常高的要求，而要想获得高功率脉冲输出，多采用啁啾脉冲放大技术来获得，通过将脉冲在时域上进行展宽，先降低峰值功率，再有效的进行功率放大，最后压缩回原来的脉宽，以实现高功率的脉冲输出。本发明立足于全光纤结构，采用啁啾脉冲放大技术，通过增益光纤提供增益，利用展宽光纤来进行脉冲的展宽，降低了脉冲的峰值功率，经过逐级放大，可实现高功率百瓦级的功率输出，可作为高功率、宽光谱的超连续谱光源的泵浦光源，通过级联泵浦具有不同色散、非线性参数、不同透过窗口范围的软玻璃光纤，可以获得波长覆盖2－5μm波段的高功率激光输出。本发明采用了全光纤结构，使得激光器小巧紧凑，具有结构紧凑、集成度高、稳定性好以及转换效率高等优点，同时可以获得高功率、宽光谱的激光输出。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，其特征在于，包括依次连接的锁模光纤激光器(1)、预放大器(2)、光纤展宽器(3)、放大器(4)、ZBLAN光纤(5)、InF3光纤(6)；
所述锁模光纤激光器(1)用于产生2微米波段的锁模脉冲激光；
所述预放大器(2)用于将所述锁模脉冲激光的功率进行第一次预放大；
所述光纤展宽器(3)用于将第一次预放大后的锁模脉冲激光进行脉冲展宽；
所述放大器(4)用于将脉冲展宽后的锁模脉冲激光的功率进行第二次放大；
所述ZBLAN光纤(5)用于将第二次放大后的锁模脉冲激光进行第一次光谱展宽；
所述InF3光纤(6)用于将第一次光谱展宽后的脉冲激光进行第2次的光谱展宽；
所述宽光谱光源还包括氮气制冷装置(7)，用于将ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)及其熔点进行低温冷却，所述冷却温度范围为-50～-20℃；
所述ZBLAN光纤(5)的传输窗口范围小于InF3光纤(6)的传输窗口范围；所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)均采用温度梯度光纤熔接的方式进行全光纤连接。
2.如权利要求1所述的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，其特征在于，所述锁模光纤激光器(1)包括可饱和吸收体(11)、增益光纤(12)、部分反射的光纤布拉格光栅(13)、波分复用器(14)、半导体激光器(15)、光纤耦合输出器(16)和光纤隔离器(17)；它们通过单模光纤依次连接构成线型腔结构，上述器件均采用光纤熔接进行连接，波分复用器(14)与半导体激光器(15)用于提供泵浦能量，增益光纤(12)用来提供增益，可饱和吸收体(11)和部分反射的光纤布拉格光栅(13)用于形成激光谐振腔，利用可饱和吸收体(11)实现锁模激光输出，光纤耦合输出器(16)包括两个端口，其中一个端口用于输出锁模脉冲激光，另一个端口用于探测锁模脉冲激光的稳定性，光纤隔离器(17)用于隔离后续光路的形成的反馈光。
3.如权利要求1所述的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，其特征在于，所述预放大器(2)包括793nm半导体激光器(21)、光纤合束器(22)、掺铥光纤(23)和光纤隔离器(24)，793nm半导体激光器(21)用于产生泵浦光，光纤合束器(22)用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤(23)，掺铥光纤(23)用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现锁模脉冲激光功率的预放大，然后将预放大后的锁模脉冲激光通过所述光纤隔离器(24)进入光纤展宽器(3)，所述光纤隔离器(24)用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
4.如权利要求1所述的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，其特征在于，所述光纤展宽器(3)设于所述预放大器(2)和所述放大器(4)之间，所述光纤展宽器(3)来提供正色散以展宽脉冲宽度。
5.如权利要求1所述的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，其特征在于，所述放大器(4)包括793nm半导体激光器、光纤合束器、掺铥光纤和光纤隔离器，793nm半导体激光器用于产生泵浦光，光纤合束器用于将所述泵浦光和锁模脉冲激光耦合输入掺铥光纤，掺铥光纤用于在泵浦光的泵浦下，为锁模脉冲激光提供增益介质，实现脉冲激光功率的进一步放大，所述光纤隔离器用于隔离后续光路形成的反馈光，上述器件均采用光纤熔接进行连接。
6.如权利要求1所述的基于氟化物光纤的高功率全光纤中红外波段宽光谱光源，其特征在于，所述氮气制冷装置(7)所采用的为99.99999％高纯度氮气，对所述ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)、ZBLAN光纤(5)和InF3光纤(6)的熔点、InF3光纤(6)的输出端进行-50～-20℃氮气冷却。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115313130A (zh) * 2022-07-22 2022-11-08 北京工业大学 基于掺钬氟化铟光纤的2-5μm宽光谱光纤光源
CN115347441A (zh) * 2022-05-17 2022-11-15 北京工业大学 基于频移拉曼孤子的级联泵浦3.5微米全光纤飞秒放大器
CN116774348A (zh) * 2023-08-24 2023-09-19 北京工业大学 双包层氟化物增益光纤及其制备方法
CN117543319A (zh) * 2024-01-09 2024-02-09 北京工业大学 中红外后谱段增强宽带激光系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107046220A (zh) * 2017-01-09 2017-08-15 宁波大学 一种全光纤化高功率中远红外超连续谱光源
CN207967585U (zh) * 2018-01-10 2018-10-12 西北核技术研究所 光纤端面耦合防护装置
CN111916983A (zh) * 2020-07-24 2020-11-10 中国人民解放军国防科技大学 一种基于多模硫系玻璃光纤的红外超连续谱光源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107046220A (zh) * 2017-01-09 2017-08-15 宁波大学 一种全光纤化高功率中远红外超连续谱光源
CN207967585U (zh) * 2018-01-10 2018-10-12 西北核技术研究所 光纤端面耦合防护装置
CN111916983A (zh) * 2020-07-24 2020-11-10 中国人民解放军国防科技大学 一种基于多模硫系玻璃光纤的红外超连续谱光源

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115347441A (zh) * 2022-05-17 2022-11-15 北京工业大学 基于频移拉曼孤子的级联泵浦3.5微米全光纤飞秒放大器
CN115347441B (zh) * 2022-05-17 2024-04-26 北京工业大学 基于频移拉曼孤子的级联泵浦3.5微米全光纤飞秒放大器
CN115313130A (zh) * 2022-07-22 2022-11-08 北京工业大学 基于掺钬氟化铟光纤的2-5μm宽光谱光纤光源
CN115313130B (zh) * 2022-07-22 2024-04-23 北京工业大学 基于掺钬氟化铟光纤的2-5μm宽光谱光纤光源
CN116774348A (zh) * 2023-08-24 2023-09-19 北京工业大学 双包层氟化物增益光纤及其制备方法
CN116774348B (zh) * 2023-08-24 2023-12-22 北京工业大学 双包层氟化物增益光纤及其制备方法
CN117543319A (zh) * 2024-01-09 2024-02-09 北京工业大学 中红外后谱段增强宽带激光系统
CN117543319B (zh) * 2024-01-09 2024-03-15 北京工业大学 中红外后谱段增强宽带激光系统

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