CN117060205A - 光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置、其方法及系统 - Google Patents

光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置、其方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置、其方法及系统。本发明的谱旁瓣滤波差频产生短波中红外装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、光纤展宽器和脉冲放大器模块、脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块和脉冲同步差频模块。使用超连续产生(SC)技术将输出光谱从1.5μm拓展至1.03μm，将两部分光谱分别放大之后，结合光谱旁瓣滤波技术，在非线性晶体中发生二阶非线性效应获得2‑5μm短波中红外超快激光。

Description

光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置、其方法及系统
技术领域
本发明属于超快激光技术领域，具体涉及一种基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置、其方法及系统。
背景技术
中红外波段(2-20μm)位于很多气体分子的共振区，在气体检测方面具有重要应用。其中，2-5μm短波中红外激光位于N2O、CH4、C2H4、CO2等气体分子的共振带，可用于燃烧过程监测、呼吸监控等实际应用。在科研方面，2-5μm短波中红外超快激光作为频率转换枢纽，既可以通过高次谐波产生极紫外光谱，又可以通过超连续产生获得长波中红外光谱。工业和科研界都需要高能量高功率短波中红外超快激光器。
目前实现短波中红外激光的技术包括量子级联、超连续产生、光参量振荡器、光参量/光参量啁啾放大器、掺铒氟化物光纤激光器和差频产生技术。
量子级联激光器外型小巧，可实现较宽的光谱调谐范围，但输出光谱带宽较窄，无法获得超短脉冲输出。
超连续产生利用超短脉冲在晶体中复杂的非线性效应，可以获得较宽的光谱，但平均功率较低。
光参量振荡器和光参量放大器能实现高脉冲能量，但一般重复频率较低，导致平均功率较低。
掺铒氟化物光纤利用铒离子在2.8μm附近的增益带，能够直接输出短波中红外锁模脉冲串，但受限于铒离子增益谱范围，光谱无法调谐，限制了其应用。
差频产生技术将泵浦光和信号光同时入射至非线性晶体中发生二阶非线性效应产生闲频光。闲频光功率与泵浦光和信号光功率呈正相关，与晶体内光斑大小呈负相关。以往的差频产生技术中，信号光通常是波长不可调或者是可调但是每个波长部分能量较低，导致中红外闲频光波长不可调或者可调但是能量较低。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置、其方法及系统。本发明的谱旁瓣滤波差频产生短波中红外装置使用超连续产生(SC)技术将输出光谱从1.5μm拓展至1.03μm，将两部分光谱分别放大之后，结合光谱旁瓣滤波技术，在非线性晶体中发生二阶非线性效应获得2-5μm短波中红外超快激光。
在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：
术语“波长扩展模块的分束端”是指：波长拓展模块中光纤耦合器与光纤环形器连接的端口，其输出激光波长与飞秒激光前端模块一致。
术语“波长扩展模块的输出端”是指：波长拓展模块中高非线性光纤和光纤隔离器连接的端口，其输出经过波长变换的激光。
术语“脉冲同步差频模块的第一输入端”是指：脉冲差频模块与光谱旁瓣滤波模块连接的端口。
术语“脉冲同步差频模块的第二输入端”是指：脉冲差频模块与第二脉冲压缩模块连接的端口。
术语“自由空间”是指：无任何介质的空间部分。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置，所述装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、光纤展宽器和脉冲放大器模块、脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块和脉冲同步差频模块；其中，
所述光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：第一光纤展宽器和脉冲放大器模块和第二光纤展宽器和脉冲放大器模块；和/或
所述脉冲压缩模块包括：第一脉冲压缩模块和第二脉冲压缩模块；
优选地，所述飞秒激光前端模块的输出端与所述波长扩展模块的输入端相连，所述波长扩展模块的分束端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第一脉冲压缩模块的输入端相连，所述第一脉冲压缩模块的输出端与所述光谱旁瓣滤波模块的输入端相连，所述光谱旁瓣滤波模块的输出端与所述脉冲同步差频模块的第一输入端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端与所述波长扩展模块的输出端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第二脉冲压缩模块的输入端相连，所述第二脉冲压缩模块的输出端与所述脉冲同步差频模块的第二输入端相连。
根据本发明第一方面的装置，其中，
所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列；
所述波长扩展模块用于对所述飞秒激光前端模块输出端输出的脉冲进行功率放大和产生跨越掺杂离子增益谱的光谱成分；
所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对经过所述波长扩展模块分束端的同波段超短脉冲进行脉冲展宽和能量放大；
所述第一脉冲压缩模块用于对第一脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿；
所述光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波。
所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对经过所述波长扩展模块输出端的的脉冲进行展宽和放大；
所述第二脉冲压缩模块用于第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端脉冲进行色散补偿；和/或
所述脉冲同步差频模块用于对所述第二脉冲压缩模块和所述光谱旁瓣滤波模块输出端输出的脉冲时间同步以及差频产生；
优选地，所述飞秒激光前端模块为光纤激光器或固态激光器，更优选为掺铒光纤振荡器或掺铒光纤放大器；
优选地，所述飞秒激光前端模块输出1～10mW平均功率的飞秒脉冲序列，更优选为1～3mW平均功率的飞秒脉冲序列；
优选地，所述飞秒激光前端模块中振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1.55um～1.65um，最优选为1.55um；和/或
优选地，所述飞秒激光前端模块输出脉冲重复频率范围为25～100MHz，更优选为30～40MHz；
更优选地，所述飞秒激光前端模块为包括锁模激光振荡器的光纤激光振荡器，所述锁模激光振荡器的锁模方式进一步优选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转、非线性光学环形镜；
进一步优选地，所述锁模激光振荡器的光纤激光振荡器为基于半导体可饱和吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器。
根据本发明第一方面的装置，其中，所述波长扩展模块包括第一隔离波分复用器、第二二极管泵浦激光源、第二掺铒增益光纤、第二光纤耦合器和高非线性光纤；其中，
所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述第二光纤耦合器后平均功率被放大至50～200mW，优选为60～90mW；
所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述第二光纤耦合器后光谱展宽至30～60nm，优选为40～50nm；
所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述第二光纤耦合器后脉宽缩短压缩至40～60fs，优选为40～50fs；和/或
经过所述第二光纤耦合器的脉冲在所述高非线性光纤中将光谱展宽至覆盖1～2μm；
优选地，所述第二光纤耦合器的分束比为3～6:94～97，最优选为5:95；
更优选地，所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述波长扩展模块后，脉冲被分为95％和5％的两份；
进一步优选地，所述95％的部分经过所述高非线性光纤中进行光谱展宽后由所述波长扩展模块输出端进入所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块，所述5％的部分进入由所述波长扩展模块分束端所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块。
根据本发明第一方面的装置，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：单模光纤展宽器、两级单模增益光纤预放大器和一级多模增益光纤主放大器；其中，
所述单模光纤展宽器包括：光纤环形器、展宽光纤和光纤旋光镜；
所述两级单模增益光纤预放大器包括：隔离波分复用混合器、二极管泵浦激光源、增益光纤；和/或
所述一级多模增益光纤主放大器包括：光纤隔离器、二极管泵浦激光源、合束器、增益光纤；
优选地，所述两级单模增益光纤预放大器中：所述隔离波分复用混合器的个数为2～4个，最优选为2个；所述二极管泵浦激光源的个数为2～4个，最优选为2个；所述增益光纤的个数为2～4个，最优选为2个；
优选地，所述一级多模增益光纤主放大器中：所述隔离波分复用混合器的个数为1～2个，最优选为1个；所述二极管泵浦激光源的个数为1～2个，最优选为1个；所述增益光纤的个数为1～2个，最优选为1个；和/或
优选地，经过所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲的平均功率为2～10W，更优选为6～8W。
根据本发明第一方面的装置，所述第一脉冲压缩模块和所述第二脉冲压缩模块均包括色散调控器件；其中，
所述色散调控器件选自以下一种或多种：光栅对、棱镜对、啁啾镜，更优选为光栅对；
优选地，所述第一脉冲压缩模块还包括第一非球面透镜、第一光学隔离器、第一半波片、第一平面反射镜和第二平面反射镜；和/或
优选地，所述第二脉冲压缩模块还包括第七平面反射镜和第八平面反射镜。
根据本发明第一方面的装置，所述光谱旁瓣滤波模块包括光谱展宽器件和光谱滤波器件；其中，
所述光谱展宽器件为单模光纤或光子晶体光纤，优选为单模光纤；和/或
所述光谱滤波器件选自一种或多种：双色镜、短通滤波片、带通滤波片、长通滤波片，优选为带通滤波片或短通滤波片，最优选为带通滤波片；
优选地，所述光谱旁瓣滤波模块还包括：第二半波片、第一偏振分束器、第一挡光板、第二非球面透镜和第三非球面透镜。
根据本发明第一方面的装置，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：单模光纤展宽器、一级单模增益光纤预放大器和一级棒状光纤双通主放大器；其中，
所述单模光纤展宽器包括：光纤隔离器和第二展宽光纤；
所述一级单模增益光纤预放大器包括：第四隔离波分复用混合器、第六二极管泵浦激光源和第六增益光纤；和/或
所述一级棒状光纤双通主放大器包括：第四非球面透镜、第三半波片、第二空间光隔离器、第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片、第三偏振分束器、第一凸透镜、棒状光子晶体光纤、第二凸透镜、第一双色镜、凹透镜、第三凸透镜、第二旋光器、第五半波片、第四偏振分束器和第五反射镜；
优选地，所述第二光纤展宽器和脉冲放大模块进一步包括：第四非球面透镜、第三半波片、第二光学隔离器、第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第三偏振分束器、第一凸透镜、棒状光子晶体光纤、第二凸透镜、第一双色镜、高功率多模泵浦源、凹透镜、第三凸透镜、第二旋光器、第五半波片、第四偏振分束器、第五平面反射镜；其中，所述第二光纤展宽器和脉冲放大模更优选包括挡光板；
优选地，所述第三半波片和所述第二光学隔离器起隔离作用；
优选地，所述第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片和第三偏振分束器构成双通放大器的主输出端和次输出端，经过所述第三偏振分束器输出的为主输出，经过所述第二偏振分束器输出的为次输出；和/或
优选地，经过所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲的平均功率为为20～100W，更优选为30～40W。
根据本发明第一方面的装置，其中，所述脉冲同步差频模块包括脉冲同步模块和差频产生模块；其中，
所述脉冲同步模块包括：平面反射镜、精密平移台和双色镜；和/或
所述差频产生模块包括：凸透镜、非线性晶体和长通滤波器：
优选地，所述平面反射镜的个数为4～8个，更优选为5～6个；所述双色镜个数为1～3个，更优选为1～2个；
优选地，所述凸透镜的个数为1～4个，更优选为2～4个；所述非线性晶体的个数为1～3个，更优选为1～2个；所述长通滤波器的个数为1～3个，更优选为1～2个；
优选地，所述非线性晶体选自以下一种或多种：硒镓钡晶体、硫镓银晶体、周期极化铌酸锂晶体，最优选为周期极化铌酸锂晶体；
优选地，所述所述脉冲同步模块进一步包括：第九平面反射镜、第十平面反射镜、第十一平面反射镜、第十二平面反射镜、第二双色镜和第十三平面反射镜；和/或
优选地，所述脉冲同步差频模块还包括第六挡光板；
更优选地，所述第十平面反射镜和所述第十一平面反射镜固定在所述精密平移台上，组成时间延时器。
本发明的第二方面提供了一种产生短波中红外激光的方法，所述方法使用第一方面所述的装置；其中，
所述方法包括：所述飞秒激光前端模块发射超短脉冲序列(A)；经过所述波长扩展模块后，由所述波长扩展模块的分束端和输出端分别输出超短脉冲(B)和(C)；所述超短脉冲(B)经过所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块进行展宽和放大，输出放大脉冲(D)；所述放大脉冲(D)经过所述第一脉冲压缩模块后产生高峰值功率的超短飞秒脉冲(E)；所述超短飞秒脉冲(E)经过所述光谱旁瓣滤波模块，选出不同波长的超短脉冲(F)；所述超短脉冲(C)经过所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块，输出放大脉冲(G)；所述放大脉冲(G)经过所述第二脉冲压缩模块，产生高峰值功率的超短脉冲(H)；所述超短脉冲(H)和所述超短脉冲(F)经过所述脉冲同步差频模块进行差频，获得高功率短波中红外脉冲(I)；
优选地，所述放大脉冲(D)经过第一非球面透镜准直后无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过稍微倾斜的第二平面反射镜后折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后输出压缩后的超短飞秒脉冲(E)；
优选地，所述超短脉冲(C)经过所述一级单模光纤预放大器，再经过第四非球面透镜准直后进入自由空间，经过隔离和双通放大器，在棒状光子晶体光纤中进行能量放大后由第二凸透镜准直，透过第一双色镜后经过凹透镜和第三凸透镜扩大光束，脉冲两次经过第二旋光器将偏振旋转90度，再次通过棒状光子晶体光纤从第三偏振分束器反射端输出放大脉冲(G)；和/或
优选地，所述放大脉冲(G)经过第七非球面透镜准直后无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过稍微倾斜的第八平面反射镜后折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第七平面反射镜上反射后输出压缩后的超短脉冲(H)。
本发明的第三方面提供了一种短波中红外激光系统，所述短波中红外激光系统包括第一方面所述的装置。
光谱旁瓣滤波技术的优势是能够产生能量高且波长可调的信号光，与泵浦光差频之后，便能产生高能量可调谐的短波中红外超快激光。
根据本发明的一个具体的实施例，本发明提供了一种技术方案，此方案如下：
一种宽可调谐范围光谱旁瓣滤波飞秒脉冲激光双波长扩展装置，包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块、第一脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块、第二脉冲压缩模块和脉冲同步差频模块；所述飞秒激光前端模块的输出端与所述波长扩展模块的输入端相连；所述波长扩展模块的分束端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连；所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第一脉冲压缩模块的输入端相连；所述第一脉冲压缩模块的输出端与所述光谱旁瓣滤波模块的输入端相连；所述波长扩展模块的输出端与所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连；所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第二脉冲压缩模块的输入端相连；所述第二脉冲压缩模块的输出端与所述脉冲同步差频模块的输入端相连；
所述飞秒激光前端模块用于发射一定功率的超短脉冲序列A；所述波长扩展模块用于产生跨越掺杂离子增益谱的光谱成分，分束端和输出端分别输出超短脉冲B和C；所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对原波长的超短脉冲进行展宽和放大，输出放大脉冲D；
所述第一脉冲压缩模块用于对第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短飞秒脉冲E；所述光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波，选出不同波长的超短脉冲F；
所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对所述波长扩展模块输出端的脉冲进行展宽和放大，输出放大脉冲G；所述第二脉冲压缩模块用于第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端的脉冲进行色散补偿以压缩脉冲宽度，产生高峰值功率的超短脉冲H；所述脉冲同步差频模块用于对所述第一和第二脉冲压缩模块输出端输出脉冲进行差频，获得高功率短波中红外脉冲I。
进一步，所述的飞秒激光前端模块中包括振荡器，优选为锁模光纤激光振荡器。锁模光纤激光振荡器，锁模方式可以是半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转和非线性光学环形镜等，优选为中心波长工作在1.55μm的半导体可饱和吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器，输出一定功率的脉冲序列A。
进一步，所述的波长扩展模块由第一隔离波分复用混合器、第二二极管泵浦激光源、第二增益光纤、第二光纤耦合器和高非线性光纤组成，第二二极管泵浦激光源给第二增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第二增益光纤中非线性放大，功率放大的同时光谱也在展宽，放大后的脉冲经过第二光纤耦合器后，功率高的脉冲进行非线性压缩以进一步提高脉冲峰值功率，然后进入高非线性光纤中产生超连续光谱，输出脉冲C。之后从分束端输出功率低的脉冲B。
进一步，所述的第一光纤展宽器和脉冲放大器模块由展宽器和放大器组成，包括：第二光纤环形器、第一光纤展宽器、第一光纤旋光镜、第二隔离波分复用混合器、第三二极管泵浦激光源、第三增益光纤、第三隔离波分复用混合器、第四二极管泵浦激光源、第四增益光纤、第一光纤隔离器、第一合束器、第五二极管泵浦激光源和第五增益光纤；所述第一光纤展宽器用来展宽脉冲以降低非线性，第三二极管泵浦激光源给第三增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第三增益光纤中线性放大，第四二极管泵浦激光源给第四增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第四增益光纤中进一步线性放大，第五二极管泵浦激光源给第五增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第五增益光纤中主放大后输出脉冲D。
进一步，所述的第一脉冲压缩模块由第一非球面透镜、第一光学隔离器、第一半波片、第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和第二平面反射镜组成；所述第一透射光栅和第二透射光栅平行放置，且第二透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变补偿入射脉冲的色散量，之后从第一平面反射镜输出压缩脉冲E。
进一步，所述的光谱旁瓣滤波模块由光谱展宽器件和光谱滤波片组成，包括第二半波片、第一偏振分束器、第一挡光板、第二非球面透镜、光谱旁瓣滤波光纤、第三非球面透镜和光学滤波器；第二半波片改变脉冲的线偏振方向，从而改变通过第一偏振分束器后的脉冲能量，用第一挡光板遮挡住第一偏振分束器反射的脉冲，透过第一偏振分束器的脉冲经过第四非球面透镜聚焦至光谱旁瓣滤波光纤中进行基于自相位调制的光谱展宽，自相位调制会在光谱上产生分离的旁瓣，再经过相同焦距的第四非球面透镜将脉冲准直，选择透过带宽在最长波和最短波处的滤波器将旁瓣过滤出，输出波长可以调谐的近变换极限脉冲F。
进一步，所述的第二光纤展宽器和脉冲放大器模块由展宽器和放大器组成，包括：第二光纤隔离器、第二展宽光纤、第四隔离波分复用混合器、第六二极管泵浦激光源、第六增益光纤、第四非球面透镜、第三半波片、第二光学隔离器、第二偏振分束器、第二和第三挡光板、第一旋光器、第四半波片、第三和第四平面反射镜、第三偏振分束器、第四挡光板、第一凸透镜、棒状光子晶体光纤、第二凸透镜、第一双色镜、凹透镜、第三凸透镜、第二旋光器、第五半波片、第四偏振分束器和第五反射镜；所述第二光纤展宽器用来展宽脉冲以降低非线性，第六二极管泵浦激光源给第六增益光纤中的脉冲提供增益，脉冲在第六增益光纤中线性放大后经过第四非球面透镜准直后进入自由空间，第三半波片和第二光学隔离器起隔离效果，第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片和第三偏振分束器构成双通放大器的主输出端和次输出端，从第三偏振分束器输出的为主输出，从第二偏振分束器输出的为次输出，第二、第三和第四挡光板阻挡偏振分束器的反射光。脉冲在棒状光子晶体光纤中进行能量放大后由第二凸透镜准直，透过第一双色镜后经过凹透镜和第三凸透镜扩大光束。脉冲两次经过第二旋光器将偏振旋转90度，再次通过棒状光子晶体光纤后从第三偏振分束器反射端输出，输出放大后脉冲G。
进一步，所述的第二脉冲压缩模块由第六和第七平面反射镜、第三透射光栅、第四透射光栅和第八平面反射镜组成；所述第三透射光栅和第四透射光栅平行放置，且第四透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变补偿入射脉冲的色散量，之后从第七平面反射镜输出压缩脉冲H。
进一步，所述的脉冲同步差频模块由脉冲同步模块和差频模块组成，包括第九、第十、第十一、第十二和第十三平面反射镜、第二双色镜、第四凸透镜、非线性晶体、第五凸透镜、第一长通滤波器；第十和第十一平面反射镜通过转接件安装与同一个平移台上，为后续脉冲同步提供时间延迟。两路脉冲通过第二双色镜合束并通过第四凸透镜共同聚焦至非线性晶体中，之后通过第五凸透镜准直，第一长通滤波器将泵浦光和信号光反射，投射中红外脉冲I。
根据本发明的另一个具体的实施例，本发明提供了一种双波长驱动光谱旁瓣滤波高功率差频产生短波中红外装置，所述装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块、第一脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块、第二脉冲压缩模块和脉冲同步差频模块；其中：
所述波长扩展模块的输入端与所述飞秒激光前端模块的输出端相连，所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列；
所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端与所述波长扩展模块的分束端相连，所述波长扩展模块用于对所述飞秒激光前端模块输出端输出的脉冲进行功率放大；
所述第一脉冲压缩模块的输入端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端相连，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对飞秒激光前端同波段的超短脉冲进行脉冲展宽和能量放大；
所述光谱旁瓣滤波模块的输入端与所述第一脉冲压缩模块的输出端相连，所述第一脉冲压缩模块用于对第一脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿；
所述脉冲同步差频模块的第一输入端与所述光谱旁瓣滤波模块的输出端相连，所述光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波。
所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端与所述波长扩展模块的输出端相连，所述波长扩展模块用于产生跨越掺杂离子增益谱的光谱成分；
所述第二脉冲压缩模块的输入端与所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对所述波长扩展模块的脉冲进行展宽和放大；
所述脉冲同步差频模块的第二输入端与所述第二脉冲压缩模块的输出端相连，所述第二脉冲压缩模块用于第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端脉冲进行色散补偿；
所述脉冲同步差频模块输出端输出差频后短波中红外超短脉冲，所述脉冲同步差频模块用于对所述第二脉冲压缩模块和所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲时间同步以及差频产生。
所述飞秒激光前端模块为光纤激光器或固态激光器，优选为掺铒光纤振荡器或掺铒光纤放大器；
优选地，所述飞秒激光前端模块输出1-10mW平均功率的飞秒脉冲序列，优选为1-3mW；所述飞秒激光前端模块中振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1.55um～1.65um，最优选为1.55um。所述飞秒激光前端模块输出脉冲重复频率范围为25-100MHz，优选为30-40MHz。
更优选地，所述飞秒激光前端模块为包括锁模激光振荡器的光纤激光振荡器，其锁模方式优选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜，非线性偏振旋转，非线性光学环形镜；
进一步优选地，所述锁模光纤激光振荡器为基于半导体可饱和吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器。
所述波长扩展模块包括第一隔离波分复用器、第二二极管泵浦激光源、第二掺铒增益光纤、第二光纤耦合器和高非线性光纤。其中，飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过第二增益光纤后被放大至50-200mW，平均功率优选为60-90mW，超短脉冲在放大的过程中光谱展宽至30-60nm，脉冲在第二光纤耦合器尾纤中被压缩至40-60fs。脉宽缩短，脉冲峰值功率显著提升。该脉冲在高非线性光纤中利用非线性效应将光谱展宽至覆盖1-2μm。
优选地，所述第二光纤耦合器的分束比为5:95，利用第二光纤耦合器将脉冲分为95％和5％的两份。其中95％的部分经过高非线性光纤中进行光谱展宽，5％的部分进入第一光纤展宽器和脉冲放大器模块。
所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块包括单模光纤展宽器、两级单模增益光纤预放大器和一级多模增益光纤主放大器。
优选地，经过第一光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率优选为2-10W，更优选为6-8W。
所述第一脉冲压缩模块包括色散调控器件；
优选地，所述色散调控器件选自光栅对、棱镜对或啁啾镜，更优选为光栅对；
更优选地，所述脉冲压缩模块还包括第一非球面透镜、第一光学隔离器、第一半波片、第一平面反射镜和第二平面反射镜；其中第一光纤展宽器和脉冲放大器模块发射的超短脉冲序列经过第一非球面透镜准直后无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过稍微倾斜的第二平面反射镜后折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后输出压缩后的脉冲。
所述光谱旁瓣滤波模块包括光谱展宽器件和光谱滤波器件。
优选地，所述光谱展宽器件为单模光纤和光子晶体光纤，更优选为单模光纤。
优选地，所述光谱滤波器件为双色镜、短通滤波片、带通滤波片和长通滤波片，更优选为带通滤波片。
进一步优选地，光谱旁瓣滤波模块还包括：第二半波片、第一偏振分束器、第二非球面透镜和第三非球面透镜；
所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块包括单模光纤展宽器、一级单模增益光纤预放大器和一级棒状光纤双通主放大器。
优选地，经过第二光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲平均功率优选为20-100W，更优选为30-40W。
更优选地，所述第二光纤展宽器和脉冲放大模块还包括第四非球面透镜、第三半波片、第二光学隔离器、第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片、第三偏振分束器、第一凸透镜、棒状光子晶体光纤、第二凸透镜、第一双色镜、凹透镜、第三凸透镜、第二旋光器、第五半波片、第四偏振分束器和第五反射镜。其中一级单模光纤预放大器输出的脉冲经过第四非球面透镜准直后进入自由空间，第三半波片和第二光学隔离器起隔离效果，第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片和第三偏振分束器构成双通放大器的主输出端和此输出端，从第三偏振分束器输出的为主输出，从第二偏振分束器输出的为次输出。脉冲在棒状光纤中进行能量放大后由第二凸透镜准直，透过双色镜后经过凹透镜和第三凸透镜扩大光束。脉冲两次经过旋光器将偏振旋转90度，再次通过棒状光纤后从第三偏振分束器反射端输出。
所述第二脉冲压缩模块包括色散调控器件；
优选地，所述色散调控器件选自光栅对、棱镜对或啁啾镜，更优选为光栅对；
更优选地，所述脉冲压缩模块还包括第七平面反射镜和第八平面反射镜；其中第二光纤展宽器和脉冲放大器模块发射的超短脉冲序列经过第七非球面透镜准直后无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过稍微倾斜的第八平面反射镜后折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第七平面反射镜上反射后输出压缩后的脉冲。
所述脉冲同步差频模块包括脉冲同步模块和差频产生模块。
优选地，所述脉冲同步模块包括第十平面反射镜、第十一平面反射镜、精密平移台和第二双色镜。
优选地，所述差频产生模块包括第四凸透镜、非线性晶体、第五凸透镜和第一长通滤波器。
更优选地，所述非线性晶体选自硒镓钡晶体、硫镓银晶体或周期极化铌酸锂晶体，更优选为周期极化铌酸锂晶体。
一种双波长驱动光谱旁瓣滤波高功率差频产生短波中红外系统，双波长驱动光谱旁瓣滤波高功率差频产生短波中红外系统包括杉树所述的双波长驱动光谱旁瓣滤波高功率差频产生短波中红外装置。
本发明通过差频产生技术结合光谱旁瓣滤波技术，利用高能量1.03μm泵浦光和可调谐信号光在非线性晶体中的二阶非线性效应，能实现高功率高能量可调谐的短波中红外超快激光输出。
本发明提供了一种双波长驱动光谱旁瓣滤波高功率差频产生短波中红外装置及其系统，所述装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块、第一脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块、第二脉冲压缩模块、脉冲同步差频模块。本发明利用超连续产生(SC)技术将输出光谱从1.5μm拓展至1.03μm，将两部分光谱分别放大之后，结合光谱旁瓣滤波技术，在非线性晶体中发生二阶非线性效应获得2-5μm短波中红外超快激光。
本发明的基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置可以具有但不限于以下有益效果：
此装置使用超连续产生(SC)技术将输出光谱从1.5μm拓展至1.03μm，将两部分光谱分别放大之后，结合光谱旁瓣滤波技术，在非线性晶体中发生二阶非线性效应获得2-5μm短波中红外超快激光。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置的结构示意图。
图2示出了基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置使用超连续产生(SC)技术将输出光谱从1.5μm拓展至1.03μm，将两部分光谱分别放大之后，结合光谱旁瓣滤波技术，在非线性晶体中发生二阶非线性效应获得2-5μm短波中红外超快激光。
附图标记说明：
1、飞秒激光前端模块；2、波长扩展模块；3、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块；4、第一脉冲压缩模块；5、光谱旁瓣滤波模块；6、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块；7、第二脉冲压缩模块；8、脉冲同步差频模块；9、光纤型半导体可饱和吸收镜；10、第一光纤环形器；11、第一二极管泵浦激光源；12、光纤波分复用器；13、第一增益光纤；14、第一光纤耦合器；15、第一隔离波分复用混合器；16、第二二极管泵浦激光源；17、第二增益光纤；18、第二光纤耦合器；19、第二光纤环形器；20、第一展宽光纤；21、光纤旋光镜；22、第二隔离波分复用混合器；23、第三二极管泵浦激光源；24、第三增益光纤；25、第三隔离波分复用混合器；26、第四二极管泵浦激光源；27、第四增益光纤；28、第一光纤隔离器；29、第五二极管泵浦激光源；30、第一合束器；31、第五增益光纤；32、第一非球面透镜；33、第一半波片；34、第一光学隔离器；35、第一平面反射镜；36、第一透射光栅；37、第二透射光栅；38、第二平面反射镜；39、第二半波片；40、第一偏振分束器；41、第一挡光板；42、第二非球面透镜；43、光谱旁瓣滤波光纤；44、第三非球面透镜；45、光学滤波器；46、高非线性光纤；47、光纤隔离器；48、第二展宽光纤；49、第四隔离波分复用混合器；50、第六二极管泵浦激光源；51、第六增益光纤；52、第四非球面透镜；53、第三半波片；54、第二光学隔离器；55、第二偏振分束器；56、第二挡光板；57、第三挡光板；58、第一旋光器；59、第四半波片；60、第三平面反射镜；61、第四平面反射镜；62、第三偏振分束器；63、第四挡光板；64、第一凸透镜；65、棒状光子晶体光纤；66、第二凸透镜；67、第一双色镜；68、高功率多模泵浦源；69、凹透镜；70、第三凸透镜；71、第二旋光器；72、第五半波片；73、第四偏振分束器；74、第五挡光板；75、第五平面反射镜；76、第六平面反射镜；77、第七平面反射镜；78、第三透射光栅；79、第四透射光栅；80、第八平面反射镜；81、第九平面反射镜；82、第十平面反射镜；83、第十一平面反射镜；84、第十二平面反射镜；85、第二双色镜；86、第十三平面反射镜；87、第四凸透镜；88、非线性晶体；89、第五凸透镜；90、长通滤波器；91、第六挡光板。
A、飞秒激光前端1发射的超短脉冲序列；B、波长扩展模块2放大后的脉冲；C、波长扩展模块2输出的另一波长的脉冲；D、脉冲B经第一光纤展宽器模块和放大器模块3后的脉冲；E、脉冲D经第一脉冲压缩模块4后的脉冲；F、脉冲E经光谱旁瓣滤波模块5进行光谱旁瓣滤波后的超短飞秒脉冲；G、脉冲C经第二光纤展宽和放大器模块6输出的超短飞秒脉冲；H、脉冲G经第二脉冲压缩模块7后输出的超短飞秒脉冲；I、脉冲H和脉冲F经脉冲同步差频模块8差频获得的中红外超短飞秒脉冲。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。
实施例1
本实施例用于说明基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置的结构。
图1示出了基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置的结构示意图。
双波长驱动光谱旁瓣滤波高功率差频产生短波中红外装置包括：飞秒激光前端模块1、波长扩展模块2、第一光纤展宽器和脉冲放大器模块3、第一脉冲压缩模块4、光谱旁瓣滤波模块5、第二光纤展宽器和脉冲放大器模块6、第二脉冲压缩模块7和脉冲同步差频模块8。飞秒激光前端模块1采用半导体可饱和吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器，其中，脉冲沿顺时针方向传播，经过波分复用器12、掺铒增益光纤13、第一光纤耦合器14，能量80％的脉冲逆时针再经过光纤环形器10，在光纤型半导体可饱和吸收镜9反射后再次经过环形器10、波分复用器12完成振荡。振荡器输出的超短脉冲序列A对应的参数为：中心波长1.59um，光谱半高宽18nm，重复频率33MHz。脉冲A经过第一隔离波分复用混合器15、掺铒增益光纤17放大至65mW，放大后的脉冲经过第二光纤耦合器18，95％能量的脉冲经过高非线性光纤46后产生光谱展宽至1um的脉冲C，B为5％能量的1.55um的脉冲。
1.55um的脉冲B进入到第一光纤展宽器和脉冲放大器模块3中后输出平均功率为5W的脉冲D。脉冲D经过第三非球面透镜32后成为平行光束，穿过第一半波片33和第一光学隔离器34后旋转成竖直偏振，然后直接入射到第一透射光栅36和第二透射光栅37组成的光栅对，第一透射光栅36和第二透射光栅37平行放置，且第二透射光栅37安装在精密可调位移平台上，可灵活控制光栅对间距，脉冲序列经过稍微向下倾斜的第二平面反射镜38后降低一定高度再次返回并透过光栅对，最终在第一平面反射镜35上以45度角反射后输出压缩后近变换极限脉宽的脉冲E。
脉冲E经过第二半波片39和第一偏振分束器40组成的功率调节装置，第二半波片39改变入射光偏振，以改变透过第一偏振分束器40的功率。透过的脉冲经过第二非球面透镜42聚焦耦合至光谱滤波旁瓣光纤43中，脉冲在自相位调制的作用下光谱展宽，形成分立旁瓣，光谱展宽后的脉冲经过第三非球面透镜44形成平行光束，经过光学滤波器45后，透过滤波器的旁瓣F可以在1.3um–1.9um连续调谐，且脉冲宽度约为100fs。
1.03um的脉冲C在第二展宽光纤48中做时域展宽，峰值功率降低。进入第六增益光纤51中放大后，平均功率为200mW。脉冲经过第四非球面透镜52准直后进入自由空间，第三半波片53和第二光学隔离器54起隔离效果，第二偏振分束器55、第一旋光器58、第四半波片59和第三偏振分束器62构成双通放大器的主输出端和次输出端，从第三偏振分束器62输出的为主输出，从第二偏振分束器55输出的为次输出。脉冲在棒状光子晶体光纤65中进行能量放大后由第二凸透镜准直66，透过第一双色镜67后经过凹透镜69和第三凸透镜70扩大光束。脉冲两次经过第二旋光器71将偏振旋转90度，再次通过棒状光子晶体光纤65后从第三偏振分束器62反射端输出放大后脉冲G，平均功率40W。
脉冲G经过第六平面反射镜76以45度角反射，然后直接入射到第三透射光栅78和第四透射光栅79组成的光栅对，第三透射光栅78和第四透射光栅79平行放置，且第四透射光栅79安装在精密可调位移平台上，可精确控制光栅对间距，脉冲序列经过稍微向下倾斜的第八平面反射镜80后降低一定高度再次返回并透过光栅对，最终在第七平面反射镜77上以45度角反射后输出压缩后近变换极限脉宽的脉冲H。
脉冲H经过第九平面反射镜81反射至第十平面反射镜82和第十一平面反射镜83组成的时间延迟器中。第十平面反射镜82和第十一平面反射镜83共同固定在一个精密平移台上，以实现脉冲H和脉冲F的时间同步。脉冲H和脉冲F在第二双色镜85处合束，之后通过第四凸透镜87共同聚焦至非线性晶体88中，出射光经第五凸透镜89准直。长通滤波器90将剩余泵浦光和信号光反射，透射脉冲为短波中红外超短脉冲I。
如图2所示，此装置使用超连续产生(SC)技术将输出光谱从1.5μm拓展至1.03μm，将两部分光谱分别放大之后，结合光谱旁瓣滤波技术，在非线性晶体中发生二阶非线性效应获得2-5μm短波中红外超快激光。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (10)

1.一种基于光谱旁瓣滤波差频产生中红外短波的装置，其特征在于，所述装置包括：飞秒激光前端模块、波长扩展模块、光纤展宽器和脉冲放大器模块、脉冲压缩模块、光谱旁瓣滤波模块和脉冲同步差频模块；其中，
所述光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：第一光纤展宽器和脉冲放大器模块和第二光纤展宽器和脉冲放大器模块；和/或
所述脉冲压缩模块包括：第一脉冲压缩模块和第二脉冲压缩模块；
优选地，所述飞秒激光前端模块的输出端与所述波长扩展模块的输入端相连，所述波长扩展模块的分束端与所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端相连，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第一脉冲压缩模块的输入端相连，所述第一脉冲压缩模块的输出端与所述光谱旁瓣滤波模块的输入端相连，所述光谱旁瓣滤波模块的输出端与所述脉冲同步差频模块的第一输入端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输入端与所述波长扩展模块的输出端相连，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端与所述第二脉冲压缩模块的输入端相连，所述第二脉冲压缩模块的输出端与所述脉冲同步差频模块的第二输入端相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述飞秒激光前端模块用于输出超短脉冲序列；
所述波长扩展模块用于对所述飞秒激光前端模块输出端输出的脉冲进行功率放大和产生跨越掺杂离子增益谱的光谱成分；
所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对经过所述波长扩展模块分束端的同波段超短脉冲进行脉冲展宽和能量放大；
所述第一脉冲压缩模块用于对第一脉冲压缩模块的输出端的脉冲进行色散补偿；
所述光谱旁瓣滤波模块用于对所述第一脉冲压缩模块输出端输出的脉冲进行光谱旁瓣滤波；
所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块用于对经过所述波长扩展模块输出端的的脉冲进行展宽和放大；
所述第二脉冲压缩模块用于第二光纤展宽器和脉冲放大器模块的输出端脉冲进行色散补偿；和/或
所述脉冲同步差频模块用于对所述第二脉冲压缩模块和所述光谱旁瓣滤波模块输出端输出的脉冲时间同步以及差频产生；
优选地，所述飞秒激光前端模块为光纤激光器或固态激光器，更优选为掺铒光纤振荡器或掺铒光纤放大器；
优选地，所述飞秒激光前端模块输出1～10mW平均功率的飞秒脉冲序列，更优选为1～3mW平均功率的飞秒脉冲序列；
优选地，所述飞秒激光前端模块中振荡器发射的超短脉冲序列中心波长范围为1.55um～1.65um，最优选为1.55um；和/或
优选地，所述飞秒激光前端模块输出脉冲重复频率范围为25～100MHz，更优选为30～40MHz；
更优选地，所述飞秒激光前端模块为包括锁模激光振荡器的光纤激光振荡器，所述锁模激光振荡器的锁模方式进一步优选自以下一种或多种：半导体可饱和吸收镜、非线性偏振旋转、非线性光学环形镜；
进一步优选地，所述锁模激光振荡器的光纤激光振荡器为基于半导体可饱和吸收镜锁模的掺铒光纤振荡器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述波长扩展模块包括第一隔离波分复用器、第二二极管泵浦激光源、第二掺铒增益光纤、第二光纤耦合器和高非线性光纤；其中，
所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述第二光纤耦合器后平均功率被放大至50～200mW，优选为60～90mW；
所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述第二光纤耦合器后光谱展宽至30～60nm，优选为40～50nm；
所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述第二光纤耦合器后脉宽缩短压缩至40～60fs，优选为40～50fs；和/或
经过所述第二光纤耦合器的脉冲在所述高非线性光纤中将光谱展宽至覆盖1～2μm；
优选地，所述第二光纤耦合器的分束比为3～6:94～97，最优选为5:95；
更优选地，所述飞秒激光前端模块发射的超短脉冲序列经过所述波长扩展模块后，脉冲被分为95％和5％的两份；
进一步优选地，所述95％的部分经过所述高非线性光纤中进行光谱展宽后由所述波长扩展模块输出端进入所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块，所述5％的部分进入由所述波长扩展模块分束端所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块。
4.根据权利要求1至3中任选一项所述的装置，其特征在于，所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：单模光纤展宽器、两级单模增益光纤预放大器和一级多模增益光纤主放大器；其中，
所述单模光纤展宽器包括：光纤环形器、展宽光纤和光纤旋光镜；
所述两级单模增益光纤预放大器包括：隔离波分复用混合器、二极管泵浦激光源、增益光纤；和/或
所述一级多模增益光纤主放大器包括：光纤隔离器、二极管泵浦激光源、合束器、增益光纤；
优选地，所述两级单模增益光纤预放大器中：所述隔离波分复用混合器的个数为2～4个，最优选为2个；所述二极管泵浦激光源的个数为2～4个，最优选为2个；所述增益光纤的个数为2～4个，最优选为2个；
优选地，所述一级多模增益光纤主放大器中：所述隔离波分复用混合器的个数为1～2个，最优选为1个；所述二极管泵浦激光源的个数为1～2个，最优选为1个；所述增益光纤的个数为1～2个，最优选为1个；和/或
优选地，经过所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲的平均功率为2～10W，更优选为6～8W。
5.根据权利要求1至4中任选一项所述的装置，其特征在于，所述第一脉冲压缩模块和所述第二脉冲压缩模块均包括色散调控器件；其中，
所述色散调控器件选自以下一种或多种：光栅对、棱镜对、啁啾镜，更优选为光栅对；
优选地，所述第一脉冲压缩模块还包括第一非球面透镜、第一光学隔离器、第一半波片、第一平面反射镜和第二平面反射镜；和/或
优选地，所述第二脉冲压缩模块还包括第七平面反射镜和第八平面反射镜。
6.根据权利要求1至5中任选一项所述的装置，其特征在于，所述光谱旁瓣滤波模块包括光谱展宽器件和光谱滤波器件；其中，
所述光谱展宽器件为单模光纤或光子晶体光纤，优选为单模光纤；和/或
所述光谱滤波器件选自一种或多种：双色镜、短通滤波片、带通滤波片、长通滤波片，优选为带通滤波片或短通滤波片，最优选为带通滤波片；
优选地，所述光谱旁瓣滤波模块还包括：第二半波片、第一偏振分束器、第一挡光板、第二非球面透镜和第三非球面透镜。
7.根据权利要求1至6中任选一项所述的装置，其特征在于，所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块包括：单模光纤展宽器、一级单模增益光纤预放大器和一级棒状光纤双通主放大器；其中，
所述单模光纤展宽器包括：光纤隔离器和第二展宽光纤；
所述一级单模增益光纤预放大器包括：第四隔离波分复用混合器、第六二极管泵浦激光源和第六增益光纤；和/或
所述一级棒状光纤双通主放大器包括：第四非球面透镜、第三半波片、第二空间光隔离器、第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片、第三偏振分束器、第一凸透镜、棒状光子晶体光纤、第二凸透镜、第一双色镜、凹透镜、第三凸透镜、第二旋光器、第五半波片、第四偏振分束器和第五反射镜；
优选地，所述第二光纤展宽器和脉冲放大模块进一步包括：光纤隔离器、第二展宽光纤、第四隔离波分复用混合器、第六二极管泵浦激光源、第六增益光纤、第四非球面透镜、第三半波片、第二光学隔离器、第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第三偏振分束器、第一凸透镜、棒状光子晶体光纤、第二凸透镜、第一双色镜、高功率多模泵浦源、凹透镜、第三凸透镜、第二旋光器、第五半波片、第四偏振分束器、第五平面反射镜；其中，所述第二光纤展宽器和脉冲放大模更优选包括挡光板；
优选地，所述第三半波片和所述第二光学隔离器起隔离作用；
优选地，所述第二偏振分束器、第一旋光器、第四半波片和第三偏振分束器构成双通放大器的主输出端和次输出端，经过所述第三偏振分束器输出的为主输出，经过所述第二偏振分束器输出的为次输出；和/或
优选地，经过所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块后的脉冲的平均功率为为20～100W，更优选为30～40W。
8.根据权利要求1至7中任选一项所述的装置，其特征在于，所述脉冲同步差频模块包括脉冲同步模块和差频产生模块；其中，
所述脉冲同步模块包括：平面反射镜、精密平移台和双色镜；和/或
所述差频产生模块包括：凸透镜、非线性晶体和长通滤波器：
优选地，所述平面反射镜的个数为4～8个，更优选为5～6个；所述双色镜个数为1～3个，更优选为1～2个；
优选地，所述凸透镜的个数为1～4个，更优选为2～4个；所述非线性晶体的个数为1～3个，更优选为1～2个；所述长通滤波器的个数为1～3个，更优选为1～2个；
优选地，所述非线性晶体选自以下一种或多种：硒镓钡晶体、硫镓银晶体、周期极化铌酸锂晶体，最优选为周期极化铌酸锂晶体；
优选地，所述所述脉冲同步模块进一步包括：第九平面反射镜、第十平面反射镜、第十一平面反射镜、第十二平面反射镜、第二双色镜和第十三平面反射镜；和/或
优选地，所述脉冲同步差频模块还包括第六挡光板；
更优选地，所述第十平面反射镜和所述第十一平面反射镜固定在所述精密平移台上，组成时间延时器。
9.一种产生短波中红外激光的方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至8中任一项所述的装置；其中，
所述方法包括：所述飞秒激光前端模块发射超短脉冲序列(A)；经过所述波长扩展模块后，由所述波长扩展模块的分束端和输出端分别输出超短脉冲(B)和(C)；所述超短脉冲(B)经过所述第一光纤展宽器和脉冲放大器模块进行展宽和放大，输出放大脉冲(D)；所述放大脉冲(D)经过所述第一脉冲压缩模块后产生高峰值功率的超短飞秒脉冲(E)；所述超短飞秒脉冲(E)经过所述光谱旁瓣滤波模块，选出不同波长的超短脉冲(F)；所述超短脉冲(C)经过所述第二光纤展宽器和脉冲放大器模块，输出放大脉冲(G)；所述放大脉冲(G)经过所述第二脉冲压缩模块，产生高峰值功率的超短脉冲(H)；所述超短脉冲(H)和所述超短脉冲(F)经过所述脉冲同步差频模块进行差频，获得高功率短波中红外脉冲(I)；
优选地，所述放大脉冲(D)经过第一非球面透镜准直后无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过稍微倾斜的第二平面反射镜后折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第一平面反射镜上反射后输出压缩后的超短飞秒脉冲(E)；
优选地，所述超短脉冲(C)经过所述一级单模光纤预放大器，再经过第四非球面透镜准直后进入自由空间，经过隔离和双通放大器，在棒状光子晶体光纤中进行能量放大后由第二凸透镜准直，透过第一双色镜后经过凹透镜和第三凸透镜扩大光束，脉冲两次经过第二旋光器将偏振旋转90度，再次通过棒状光子晶体光纤从第三偏振分束器反射端输出放大脉冲(G)；和/或
优选地，所述放大脉冲(G)经过第七非球面透镜准直后无阻挡的射向所述色散调控器件，再经过稍微倾斜的第八平面反射镜后折返并降低高度后再次透过所述色散调控器件，在第七平面反射镜上反射后输出压缩后的超短脉冲(H)。
10.一种短波中红外激光系统，其特征在于，所述短波中红外激光系统包括权利要求1至8中任一项所述的装置。
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