CN117192706A - 实现空心光束发射的超连续谱激光系统 - Google Patents

实现空心光束发射的超连续谱激光系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种实现空心光束发射的超连续谱激光系统，包括光源，用于输出环形的超连续谱空心光束；共轴反射式发射模块，用于对超连续谱空心光束进行准直、扩束并传输至次镜，要求扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。本发明提高了口径利用率，避免共轴反射式发射模块的次镜中心遮拦对超连续谱激光传输效率的影响，确保激光传输效率高。

Description

实现空心光束发射的超连续谱激光系统
技术领域
本发明属于激光系统设计技术领域，尤其是一种实现空心光束发射的超连续谱激光系统。
背景技术
超连续谱激光覆盖波段宽、亮度高、空间相干性好。在远距离照明领域，与高速相机相结合的超连续谱激光发射到目标后，可用于捕获目标表面的反射率，实现对目标宽光谱照明和成像，同时因其波段覆盖宽的特性，能够覆盖全波段，因此可以获得多波段图像数据。与传统单一波段的照明光相比，宽谱超连续谱激光照明能够获得目标更精细的光谱特征，提高目标识别准确率。在通信领域，通过对超连续谱激光光源进行光谱滤波，理论上可得到任意个波分复用光源。这种高重复频率、多波长的相干脉冲光源可以优化复用通信系统中的速率和信道容量问题，以满足当前对数据容量的迫切需求。
然而目前超连续谱激光系统均输出圆形高斯光束，对于面向远距离照明的应用而言，超连续谱激光输出光谱范围宽，为有效消除色差、简化系统结构，多采用共轴反射式光学系统。但是由于共轴反射式光学系统中存在次镜遮挡，当圆形高斯能量分布的超连续谱激光光束经过次镜时会有相当一部分光反射回去，被遮挡的这部分光束恰恰是光束中心部分，这不仅严重影响超连续谱激光传输效率，同时还会产生后向散射光，损坏超连续谱光纤激光器，造成其能量输出不稳定。而超连续谱空心光束能规避共轴反射式发射系统中的次镜干扰问题，提高发射系统传输效率。对于面向通信系统的应用而言，输出单一圆形高斯光束使得通信方式受到单模容量限制，而空心光束具有轨道角动量，利用轨道角动量复用技术会大大扩展信道容量,实现大容量的信息传输。因此，具有宽谱特性的超连续谱空心光束可以在频率、空间双重维度为通信系统扩容。此外，超连续谱空心光束还可以应用于微观粒子的光学操纵(光镊技术)、增强非线性高次谐波产生效率等研究，具有广阔的应用前景。
因此，目前急需一种能够实现空心光束发射的超连续谱激光系统，瞄准小型化、轻量化需求，同时能够避免次镜扫描引起的口径损失和遮挡的技术方案。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出了实现空心光束发射的超连续谱激光系统，将超连续谱空心光束与共轴反射结合，加强口径利用率和激光传输效率，提高激光系统作用效能的方法。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
一方面，本发明提供一种实现空心光束发射的超连续谱激光系统，包括：
光源，用于输出环形的超连续谱空心光束；
共轴反射式发射模块，用于对超连续谱空心光束进行准直、扩束并传输至次镜，要求扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。
一方面，提供所述光源的一种实现方式是，光源包括：
所述光源包括：
超连续谱光纤激光器，用于输出超连续谱激光；
空心光束转化器件，用于将超连续谱激光从圆形的高斯光束转化为环形的空心光束，输出超连续谱空心光束。
作为一种优选实施方案，所述空心光束转化器件将超连续谱激光从圆形的高斯光束转化为环形的空心光束，输出超连续谱空心光束，其中所述空心光束转化器件包括主信号光纤和侧面耦合光纤，其中所述主信号光纤作为空光束转化器件的输出光纤，侧面耦合光纤作为空光束转化器件的输入光纤，所述超连续谱光纤激光器的输出光纤熔接侧面耦合光纤的一端，所述侧面耦合光纤的另一端嵌入主信号光纤的内包层上，形成空心光束转化器件。
进一步地，所述主信号光纤由内至外具有三层结构，分别为纤芯、内包层、外包层，折射率分布为：外包层折射率n1<内包层折射率n2，纤芯折射率n3<内包层折射率n2。所述侧面耦合光纤为至少有两层波导结构的单包层光纤或者为只有一层波导结构的无芯单包层光纤；所述主信号光纤的内包层折射率n2高于所述侧面耦合光纤的包层折射率。
进一步地，提供一种上述空心光束转化器件的制备方法，包括：
准备主信号光纤和侧面耦合光纤；
在主信号光纤上确定将嵌入侧面耦合光纤的位置区域，并剥除该段位置区域主信号光纤的外包层；
对侧面耦合光纤的一端进行拉锥形成拉锥区段，拉锥的一端为侧面耦合光纤与主信号光纤融合的光纤端，通过拉锥使侧面耦合光纤与主信号光纤融合的光纤端的纤芯和包层直径等比例减小，模场分布变化；
通过加热将侧面耦合光纤在拉锥过程中形成的拉锥区段嵌入主信号光纤已剥除外包层的位置区域的内包层上，形成空心光束转化器件。
为保证侧面耦合光纤中传输的超连续谱激光能够在拉锥区段传输过程中转化为包层模，所述侧面耦合光纤的拉锥区段应满足的拉锥比条件为D1/D2>NA侧/(n侧*α)>nout*NA侧/(n侧*NAout)，其中：α为超连续谱激光进入侧面耦合光纤时与光纤轴向夹角，nout和NAout分别为超连续谱光源输出尾纤的纤芯折射率和纤芯数值孔径，n侧和NA侧分别为侧面耦合光纤的纤芯折射率和纤芯数值孔径，D1和D2分别为侧面耦合光纤的拉锥区段前端直径和后端直径。
进一步地，通过控制使侧面耦合光纤拉锥比D1/D2足够高，目的是使得超连续谱光纤激光器输出的超连续谱激光在经过侧面泵浦光纤拉锥部分的过程中，传输角度逐渐增大，直到不满足侧面耦合光纤的全反射条件而超过侧面耦合光纤临界角，转化为包层模；而拉锥后的所述侧面泵浦光纤与主信号光纤融合的光纤端嵌入到主信号光纤的内包层上的，即侧面泵浦光纤的拉锥区域是嵌入在主信号光纤的内包层上的，且主信号光纤的内包层折射率高于侧面耦合光纤的包层折射率，包层模会耦合进主信号光纤，经过主信号光纤的内外包层传输后，由于主信号光纤的内包层折射率大于主信号光纤的外包层折射率和主信号光纤的纤芯折射率，达到主信号光纤的内包层的超连续谱激光将全部被其内包层束缚，进而将超连续谱激光的传输光路被限制在内包层内并沿内包层环形传播，完成整个超连续谱激光从圆形的高斯光束到环形的空心光束的转化过程。
一方面，提供所述光源的第二种实现方式，所述光源包括高峰值功率的脉冲光纤激光器和微结构光纤，所述微结构光纤为空芯光纤。进一步地，提供了一种空芯光纤，包括一个中心的空气孔、纤芯以及包层，所述纤芯为环形纤芯，环形纤芯内为圆形的空气孔，环形纤芯外包覆有包层。所述脉冲光纤激光器的输出尾纤与所述微结构光纤的输入端熔接或者对接耦合，利用高峰值功率的脉冲光纤激光泵浦所述微结构光纤，直接在微结构光纤中实现具有环形空心光束的超连续谱激光输出。
一方面，提供所述共轴反射式发射模块的一种实现方式，所述共轴反射式发射模块用于实现超连续谱空心光束发射，包括准直透镜、扩束透镜组、反射镜组、次镜以及主镜；超连续谱空心光束依次经准直透镜准直、扩束透镜组扩束之后，由反射镜组改变光路并传输至由次镜的凸面，由次镜的凸面反射至各主镜，由各主镜实现超连续谱空心光束发射。
相对于现有技术，本发明能够产生的有益技术效果是：
本发明对超连续谱光纤激光器的光源结构进行改进，使超连续谱光纤激光器能够直接输出具有空心光束的超连续谱激光。
进一步地，本发明还提出由共轴反射式发射模块对超连续谱空心光束进行准直、扩束并传输至次镜，要求扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。本发明实现空心光束与共轴反射式发射模块光瞳匹配，提高了口径利用率，避免共轴反射式光学系统的中心遮拦对传输效率的影响，确保激光传输效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为一实施例提供的光源的结构示意图(图中×表示熔接点)；
图2为一实施例中侧面耦合光纤的拉锥区段示意图；
图3为一实施例中空心光束转化器件的截面示意图；
图4为另一实施例提供的光源的结构示意图(图中×表示熔接点)；
图5为图4中微结构光纤的结构示意图；
图6为采用图4所示结构仿真得到的空心光束图，其中(a)至(e)为该微结构光纤可传输的本征矢量模式的场强度分布分别为TE01、HE11、HE21、HE31、HE41；
图7为一实施例中的共轴反射式发射模块的结构示意图；
图中标号：
100、超连续谱光纤激光器；101、超连续谱光纤激光器输出光纤；200、空心光束转化器件；201、主信号光纤；202、侧面耦合光纤；203、拉锥区段；2011、主信号光纤纤芯；2012、主信号光纤内包层；2013、主信号光纤外包层；2021、侧面耦合光纤纤芯，2022、侧面耦合光纤内包层；
300、微结构光纤；301、包层；302、环形纤芯；303、空气孔；400、脉冲光纤激光器；501、准直透镜；502、扩束透镜组；503、反射镜组；504、次镜；505、主镜。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方法
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如果光源产生的超连续谱激光光束是高斯能量分布的圆形激光光束，那么超连续谱激光光束经过共轴反射式发射模块中的次镜时，次镜中心遮挡区域会将相当一部分光原路反射回去，被次镜中心遮挡区域原路反射回去的这部分光束恰恰是超连续谱激光光束的中心部分，也是成像质量最好的部分，这不仅严重影响超连续谱激光光束的传输效率，同时还会产生后向散射光，损坏超连续谱光纤激光器，造成其能量输出不稳定。为此，本发明提出由光源输出环形的超连续谱空心光束，这样环形的超连续谱空心光束经过共轴反射式发射模块中的次镜时，由于超连续谱激光是环形的空心光束，整个超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，不存在被次镜中心遮挡区域原路反射回去的光束，进一步地，为了避免还是存在被次镜中心遮挡区域原路反射回去的光束，会在次镜前方的光路上对超连续谱空心光束进行扩束，使得扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。
一实施例中，提供一种实现空心光束发射的超连续谱激光系统，包括：
光源，用于输出环形的超连续谱空心光束；
共轴反射式发射模块，用于对超连续谱空心光束进行准直、扩束并传输至次镜，要求扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。
一实施例中，提供一种输出环形的超连续谱空心光束的光源，包括：
超连续谱光纤激光器，用于输出超连续谱激光；
空心光束转化器件，用于将超连续谱激光从圆形的高斯光束转化为环形的空心光束，输出超连续谱空心光束。
一实施例中，参照图1，提供一种输出环形的超连续谱空心光束的光源，包括：
超连续谱光纤激光器100，用于输出超连续谱激光；
空心光束转化器件200作为空心光束转化器件，所述空心光束转化器件200将超连续谱激光从圆形的高斯光束转化为环形的空心光束，输出超连续谱空心光束，其中所述空心光束转化器件200包括主信号光纤201和侧面耦合光纤202，其中所述主信号光纤201作为空光束转化器件200的输出光纤，侧面耦合光纤202作为空光束转化器件200的输入光纤，所述超连续谱光纤激光器输出光纤101熔接侧面耦合光纤202的一端，所述侧面耦合光纤202的另一端嵌入主信号光纤内包层2012上，形成空心光束转化器件200。
上述空心光束转化器件200包括主信号光纤201和侧面耦合光纤202，所述主信号光纤201由内至外具有三层结构，分别为主信号光纤纤芯2011、主信号光纤内包层2012和主信号光纤外包层2013，折射率分布为：主信号光纤外包层折射率n1<主信号光纤内包层折射率n2，主信号光纤纤芯折射率n3<主信号光纤内包层折射率n2。所述侧面耦合光纤202为至少有两层波导结构的单包层光纤或者为只有一层波导结构的无芯单包层光纤。所述侧面耦合光纤202包括侧面耦合光纤纤芯2021和侧面耦合光纤包层2022。所述主信号光纤内包层折射率n2高于所述侧面耦合光纤的包层折射率。
一实施例中，提供一种上述空心光束转化器件的制备方法，包括：
准备主信号光纤和侧面耦合光纤；主信号光纤201由内至外具有三层结构，分别为主信号光纤纤芯2011、主信号光纤内包层2012和主信号光纤外包层2013，折射率分布为：主信号光纤外包层折射率n1<主信号光纤内包层折射率n2，主信号光纤纤芯折射率n3<主信号光纤内包层折射率n2。所述侧面耦合光纤202为至少有两层波导结构的单包层光纤或者为只有一层波导结构的无芯单包层光纤。所述侧面耦合光纤202包括侧面耦合光纤纤芯2021和侧面耦合光纤包层2022。所述主信号光纤内包层折射率n2高于所述侧面耦合光纤的包层折射率。
在主信号光纤上确定将嵌入侧面耦合光纤的位置区域，并剥除该段位置区域主信号光纤的外包层；
对侧面耦合光纤的一端进行拉锥形成拉锥区段，拉锥的一端为侧面耦合光纤与主信号光纤融合的光纤端，通过拉锥使侧面耦合光纤与主信号光纤融合的光纤端的纤芯和包层直径等比例减小，模场分布变化，参照图2为一实施例中侧面耦合光纤的拉锥区段示意图；
通过加热将侧面耦合光纤在拉锥过程中形成的拉锥区段嵌入主信号光纤已剥除外包层的位置区域的内包层上，形成空心光束转化器件。参照图3，为一实施例中空心光束转化器件的截面示意图。
其中所述主信号光纤作为光纤功率合束器的输出光纤，所述侧面泵浦光纤作为光纤功率合束器的输入光纤。
为保证侧面耦合光纤中传输的超连续谱激光能够在拉锥区段传输过程中转化为包层模，所述侧面耦合光纤的拉锥区段应满足的拉锥比条件为D1/D2>NA侧/(n侧*α)>nout*NA侧/(n侧*NAout)，其中：α为超连续谱激光进入侧面耦合光纤时与光纤轴向夹角，nout和NAout分别为超连续谱光源输出尾纤的纤芯折射率和纤芯数值孔径，n侧和NA侧分别为侧面耦合光纤的纤芯折射率和纤芯数值孔径，D1和D2分别为侧面耦合光纤的拉锥区段前端直径和后端直径。
超连续谱光纤激光器输出的超连续谱激光在经过侧面耦合光纤的拉锥区段过程中时，由于所述侧面耦合光纤的拉锥区段满足拉锥比条件D1/D2>NA侧/(n侧*α)>nout*NA侧/(n侧*NAout)，超连续谱激光的传输角度逐渐增大，将直到不满足侧面耦合光纤的全反射条件而超过侧面耦合光纤临界角，转化为包层模；
所述侧面耦合光纤的拉锥区段嵌入主信号光纤已剥除外包层的位置区域的内包层上且主信号光纤的内包层折射率高于侧面耦合光纤的包层折射率，这样包层模会耦合进主信号光纤内包层，经过主信号光纤的内包层传输后，由于主信号光纤的内包层折射率大于主信号光纤的外包层折射率和主信号光纤的纤芯折射率，达到主信号光纤的内包层的超连续谱激光将全部被其内包层束缚，进而将超连续谱激光的传输光路被限制在内包层内并沿内包层环形传播，完成整个超连续谱激光从圆形的高斯光束到环形的空心光束的转化过程，主信号光纤输出环形的超连续谱空心光束。
此外，为增加侧面耦合光纤拉锥区段与主信号光纤的接触长度、提高包层模从侧面耦合光纤到主信号光纤内包层中的转化效率，在拉锥机条件允许的范围内应尽可能增加拉锥长度，这里给定一个合适的L范围1-5cm。
一实施例中，参照图4和图5，提供一种输出环形的超连续谱空心光束的光源，包括高峰值功率的脉冲光纤激光器400和微结构光纤300；所述脉冲光纤激光器400的输出尾纤与所述微结构光纤300的输入端熔接，所述脉冲光纤激光器400输出高峰值功率的脉冲光纤激光泵浦所述微结构光纤300产生具有环形空心光束的超连续谱激光，所述微结构光纤300包括空气孔303、纤芯以及包层301，所述纤芯为环形纤芯302，环形纤芯302内为圆形的空气孔303，环形纤芯302外包覆有包层301。
一实施例中，所设计的微结构光纤包层直径125μm，中间的空气孔直径为10μm，纤芯为宽4μm的环形纤芯，折射率设置为1.4664，剩余部分为包层，折射率设置为1.4624。
利用高峰值功率的脉冲光纤激光泵浦所述特殊设计的微结构光纤，直接在微结构光纤中实现具有环形空心光束的超连续谱激光输出。
超连续谱激光的产生原理是利用高峰值功率的脉冲光泵浦一段非线性光纤产生，利用特殊设计的微结构光纤作为超连续谱产生的非线性光纤，兼具非线性系数高和光束灵活可控的特点。参照图6，为利用Comsol软件仿真得到的1064nm激光在微结构光纤中传输得到的不同空心光束，从仿真结果可以看出，该方案能够得到空心光束输出。图6(a)-(e)为该微结构光纤可传输的本征矢量模式的场强度分布，分别为TE01、HE11、HE21、HE31、HE41，场强度分布图是根据本征模式的折射率依次减小给出的。
利用输出环形的超连续谱空心光束的光源与共轴反射式发射模块结合，实现超连续谱激光发射。下面一实施例中，参照图7，提供一种实现空心光束发射的超连续谱激光系统，包括：
光源，用于输出环形的超连续谱空心光束。所述光源采用上述任一实施例提供的光源实现。
共轴反射式发射模块，用于对超连续谱空心光束进行准直、扩束并传输至次镜，要求扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。
本实施例中，共轴反射式发射模块，包括准直透镜501、扩束透镜组502、反射镜组503、次镜504以及主镜505；超连续谱空心光束依次经准直透镜501准直、扩束透镜组502扩束之后，由反射镜组503改变光路并传输至由次镜的504的凸面，由次镜504的凸面反射至各主镜505，由各主镜505实现超连续谱空心光束发射。
由于超连续谱激光是环形的空心光束，进一步地，为了避免还是存在被次镜中心遮挡区域原路反射回去的光束，会在次镜前方的光路上对超连续谱空心光束进行扩束，扩束之后的整个超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，不存在被次镜中心遮挡区域原路反射回去的光束，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。
为避免共轴反射式光学系统的中心遮拦，要求经扩束透镜组扩束后的空心光斑直径大于次镜遮挡区域，使得扩束后的空心光斑传输至次镜的凸面时，次镜的中心遮挡区域位于空心光斑的内部，扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。扩束透镜组包括依次设置的凹透镜和凸透镜，经扩束透镜组扩束后的空心光斑直径与扩束透镜组中的凹透镜焦距、凸透镜焦距以及凹透镜至凸透镜间的距离有关，通过合理设置凹透镜焦距、凸透镜焦距以及凹透镜至凸透镜间的距离能够保证经扩束透镜组扩束后的空心光斑直径大于次镜遮挡区域。
本发明未尽事宜为公知技术。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，包括：
光源，用于输出环形的超连续谱空心光束；
共轴反射式发射模块，用于对超连续谱空心光束进行准直、扩束并传输至次镜，要求扩束后的超连续谱空心光束在次镜中心遮挡区域外，超连续谱空心光束经次镜全部反射至各主镜后出射，实现超连续谱空心光束发射。
2.根据权利要求1所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述光源包括：
超连续谱光纤激光器，用于输出超连续谱激光；
空心光束转化器件，用于将超连续谱激光从圆形的高斯光束转化为环形的空心光束，输出超连续谱空心光束。
3.根据权利要求2所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述空心光束转化器件包括主信号光纤和侧面耦合光纤，其中所述主信号光纤作为空光束转化器件的输出光纤，侧面耦合光纤作为空光束转化器件的输入光纤，所述超连续谱光纤激光器的输出光纤熔接侧面耦合光纤的一端，所述侧面耦合光纤的另一端嵌入主信号光纤的内包层上，形成空心光束转化器件。
4.根据权利要求3所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述主信号光纤由内至外具有三层结构，分别为纤芯、内包层、外包层，折射率分布为：外包层折射率n1<内包层折射率n2，纤芯折射率n3<内包层折射率n2。
5.根据权利要求4所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述侧面耦合光纤为至少有两层波导结构的单包层光纤或者为只有一层波导结构的无芯单包层光纤；所述主信号光纤的内包层折射率n2高于所述侧面耦合光纤的包层折射率。
6.根据权利要求5所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述空心光束转化器件的制备方法，包括：
准备主信号光纤和侧面耦合光纤；
在主信号光纤上确定将嵌入侧面耦合光纤的位置区域，并剥除该段位置区域主信号光纤的外包层；
对侧面耦合光纤的一端进行拉锥形成拉锥区段，拉锥的一端为侧面耦合光纤与主信号光纤融合的光纤端，通过拉锥使侧面耦合光纤与主信号光纤融合的光纤端的纤芯和包层直径等比例减小，模场分布变化；
通过加热将侧面耦合光纤在拉锥过程中形成的拉锥区段嵌入主信号光纤已剥除外包层的位置区域的内包层上，形成空心光束转化器件。
7.根据权利要求6所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述侧面耦合光纤的拉锥区段应满足的拉锥比条件为D1/D2>NA侧/(n侧*α)>nout*NA侧/(n侧*NAout)，其中：α为超连续谱激光进入侧面耦合光纤时与光纤轴向夹角，nout和NAout分别为超连续谱光源输出尾纤的纤芯折射率和纤芯数值孔径，n侧和NA侧分别为侧面耦合光纤的纤芯折射率和纤芯数值孔径，D1和D2分别为侧面耦合光纤的拉锥区段前端直径和后端直径。
8.根据权利要求7所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，超连续谱光纤激光器输出的超连续谱激光在经过侧面耦合光纤的拉锥区段过程中时，由于所述侧面耦合光纤的拉锥区段满足拉锥比条件D1/D2>NA侧/(n侧*α)>nout*NA侧/(n侧*NAout)，超连续谱激光的传输角度逐渐增大，将直到不满足侧面耦合光纤的全反射条件而超过侧面耦合光纤临界角，转化为包层模；
所述侧面耦合光纤的拉锥区段嵌入主信号光纤已剥除外包层的位置区域的内包层上且主信号光纤的内包层折射率高于侧面耦合光纤的包层折射率，这样包层模会耦合进主信号光纤内包层，经过主信号光纤的内包层传输后，由于主信号光纤的内包层折射率大于主信号光纤的外包层折射率和主信号光纤的纤芯折射率，达到主信号光纤的内包层的超连续谱激光将全部被其内包层束缚，进而将超连续谱激光的传输光路被限制在内包层内并沿内包层环形传播，完成整个超连续谱激光从圆形的高斯光束到环形的空心光束的转化过程。
9.根据权利要求1所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述光源包括高峰值功率的脉冲光纤激光器和微结构光纤，所述微结构光纤包括空气孔、纤芯以及包层，所述纤芯为环形纤芯，环形纤芯内为圆形的空气孔，环形纤芯外包覆有包层；所述脉冲光纤激光器的输出尾纤与所述微结构光纤的输入端熔接，利用高峰值功率的脉冲光纤激光泵浦所述微结构光纤，直接在微结构光纤中实现具有环形空心光束的超连续谱激光输出。
10.根据权利要求1所述的实现空心光束发射的超连续谱激光系统，其特征在于，所述共轴反射式发射模块包括准直透镜、扩束透镜组、反射镜组、次镜以及主镜，超连续谱空心光束依次经准直透镜准直、扩束透镜组扩束之后，由反射镜组改变光路并传输至由次镜的凸面，由次镜的凸面反射至各主镜，由各主镜实现超连续谱空心光束发射。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002033792A2 (en) * 2000-09-29 2002-04-25 Coherent Technologies, Inc. Power scalable waveguide amplifier and laser devices
JP2002210579A (ja) * 2001-01-16 2002-07-30 Nippon Steel Corp リップル発振ｙａｇレーザ装置およびそれを用いた薄鋼板溶接装置
US20070115455A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-24 Ilev Ilko K Particle image velocimetry system having an improved hollow-waveguide-based laser illumination system
WO2015039427A1 (zh) * 2013-09-23 2015-03-26 江苏大学 激光光管电极的电化学复合沉积制造方法与装置
CN104969104A (zh) * 2013-01-31 2015-10-07 Spi激光英国有限公司 光纤激光合成器
CN106840395A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 中国人民解放军国防科学技术大学 用于主动高光谱成像的近红外超连续谱照明系统
CN108287412A (zh) * 2017-12-30 2018-07-17 湖北航天技术研究院总体设计所 一种基于光学微扫机构的激光空间合成传输系统
CN111552087A (zh) * 2020-04-24 2020-08-18 哈尔滨工业大学 一种将环形光束与共轴反射式光学系统耦合的方法
WO2022088307A1 (zh) * 2020-10-30 2022-05-05 山东海富光子科技股份有限公司 一种输出光束形状可调的高功率全光纤激光合束器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002033792A2 (en) * 2000-09-29 2002-04-25 Coherent Technologies, Inc. Power scalable waveguide amplifier and laser devices
JP2002210579A (ja) * 2001-01-16 2002-07-30 Nippon Steel Corp リップル発振ｙａｇレーザ装置およびそれを用いた薄鋼板溶接装置
US20070115455A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-24 Ilev Ilko K Particle image velocimetry system having an improved hollow-waveguide-based laser illumination system
CN104969104A (zh) * 2013-01-31 2015-10-07 Spi激光英国有限公司 光纤激光合成器
WO2015039427A1 (zh) * 2013-09-23 2015-03-26 江苏大学 激光光管电极的电化学复合沉积制造方法与装置
CN106840395A (zh) * 2017-01-16 2017-06-13 中国人民解放军国防科学技术大学 用于主动高光谱成像的近红外超连续谱照明系统
CN108287412A (zh) * 2017-12-30 2018-07-17 湖北航天技术研究院总体设计所 一种基于光学微扫机构的激光空间合成传输系统
CN111552087A (zh) * 2020-04-24 2020-08-18 哈尔滨工业大学 一种将环形光束与共轴反射式光学系统耦合的方法
WO2022088307A1 (zh) * 2020-10-30 2022-05-05 山东海富光子科技股份有限公司 一种输出光束形状可调的高功率全光纤激光合束器

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