CN212230768U - 一种宽带光源组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种宽带光源组件，包括双包层泵浦光源，所述双包层泵浦光源的光纤输出端与普通光纤的一端熔接，所述普通光纤的另一端与光子晶体光纤熔接，所述双包层泵浦光源产生的短脉冲激光经所述普通光纤注入所述光子晶体光纤后输出。本实用新型产生的短脉冲激光通过模场匹配后注入PCF，在PCF光纤中由于受到非线性效应的影响最终输出宽光谱的光信号，由于光子晶体光纤能通过调整自身内部空气孔的直径和排列，灵活控制零色散波长区域，有效了保持了单模传输和高非线性。

Description

一种宽带光源组件

技术领域

本实用新型涉及宽带光源技术领域，尤其涉及一种宽带光源组件。

背景技术

短脉冲激光在非线性介质内部传输的过程中通常会伴随多种非线性效应，使其频率分量增加、出射光的光谱远大于入射光，这种现象称为超连续谱。超连续谱同时兼具激光的高空间相干性，因此在科学研究、医学检测和光通信等领域具有重要应用，是光学相干层析、多通道光通信和高精密光学频率测量的重要部件。

光谱的展宽效果与入射光(或称为泵浦光)的峰值功率和入射光与非线性介质的作用距离紧密相关，由于块状非线性介质与入射光的作用距离有限，要产生理想的光谱，不仅要注入峰值功率较高的激光，而且还要添加复杂的耦合方式，不适用于产品的研制。选用光纤作为非线性介质能提高入射光与非线性介质的相互作用距离，但普通光纤的色散曲线控制范围有限，无法有效保持单模传输和高非线性。

实用新型内容

有鉴于此本实用新型提出了一种宽带光源组件，以解决传统宽带光源采用普通光纤作为非线性介质而导致色散波长控制范围有限、无法有效保持单模传输和高非线性的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种宽带光源组件，包括双包层泵浦光源，所述双包层泵浦光源的光纤输出端与普通光纤的一端熔接，所述普通光纤的另一端与光子晶体光纤熔接，所述双包层泵浦光源产生的短脉冲激光经所述普通光纤注入所述光子晶体光纤后输出。

可选的，所述双包层泵浦光源包括超短脉冲种子源、选频模块及高功率光放大模块，所述超短脉冲种子源、所述选频模块及所述高功率光放大模块依次通过光纤连接，所述高功率光放大模块的光纤输出端与所述普通光纤的一端熔接。

可选的，所述超短脉冲种子源采用被动锁模光纤激光器实现。

可选的，所述超短脉冲种子源内部光纤的长度小于10m。

可选的，所述超短脉冲种子源包括泵浦激光器及功率自动控制电路；

所述功率自动控制电路的输出端与所述泵浦激光器的驱动极相连，用于驱动所述泵浦激光器并自动控制所述泵浦激光器输出光的功率。

可选的，所述功率自动控制电路包括OPA4340芯片U2、三极管Q6、电阻R17、可变电阻R18、电阻R22、电阻R23、电阻R24、二极管D3、二极管D4；

参考电压依次经电阻R17、可变电阻R18接地，电阻R17、可变电阻R18的公共端与OPA4340芯片U2的+INC引脚相连，OPA4340芯片U2的V+引脚接入+5V电压，OUTD引脚依次经二极管D3正极、二极管D3负极与三极管Q6的基极相连，+5V电压还依次经电阻R22、电阻R23接地，三极管Q6的集电极依次经二极管D4的正极、二极管D4的负极与电阻R22、电阻R23的公共端相连，三极管Q6、二极管D4的公共端与所述驱动极相连，三极管Q6的发射极经电阻R24接地，三极管Q6、电阻R24的公共端与OPA4340芯片U2的+INA引脚相连。

可选的，所述功率自动控制电路还包括电阻R20、电阻R21、电阻R25、电容C14，R20接入二极管D3与OUTD引脚之间，电阻R21接入二极管D3与三极管Q6基极之间，三极管Q6的基极经电容C14接地，电阻R25与电阻R24并联。

本实用新型的宽带光源组件相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型的宽带光源组件产生的短脉冲激光通过模场匹配后注入PCF，在PCF光纤中由于受到非线性效应的影响最终输出宽光谱的光信号，由于光子晶体光纤(PCF)能通过调整自身内部空气孔的直径和排列，灵活控制零色散波长区域，有效了保持了单模传输和高非线性；

(2)本实用新型的宽带光源组件通过运放OPA4340芯片U2的OUTD引脚输出驱动电流驱动三极管Q6从而驱动泵浦激光器，同时在三极管Q6的发射极取样激光器的驱动电流，通过电阻转化为反馈电压，连接至运放的正端，形成负反馈，对泵浦激光器的输出光功率进行很好地控制，可保证激光器的输出光功率稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型的宽带光源组件的结构示意图；

图2为本实用新型的功率自动控制电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的宽带光源组件包括双包层泵浦光源，所述双包层泵浦光源的光纤输出端与普通光纤的一端熔接，所述普通光纤的另一端与光子晶体光纤熔接，所述双包层泵浦光源产生的短脉冲激光经所述普通光纤注入所述光子晶体光纤后输出。

本实施例中，双包层泵浦光源包括超短脉冲种子源、选频模块及高功率光放大模块，所述超短脉冲种子源、所述选频模块及所述高功率光放大模块依次通过光纤连接，所述高功率光放大模块的光纤输出端与所述普通光纤的一端熔接。

一般的，对于相同峰值功率，泵浦脉冲越宽，平均功率越大，超连续谱输出的功率越高，光光转换效率可达60％；比较光谱展宽情况可以得到，在皮秒量级的脉冲泵浦下输出光谱覆盖为400～2400nm，平坦度最好。双包层泵浦光源需要产生皮秒量级100KW峰值功率输出的激光，本实施例采用种子源经过高功率光放大模块实现。超短脉冲种子源用于产生平均功率约为10mW、波长为1064nm皮秒量级的激光脉冲，通过高功率光放大模块进行功率放大，脉冲的平均功率可提高到1W，选频模块用于调节泵浦光的重频。超短脉冲种子源采用被动锁模光纤激光器实现，产生的激光脉冲具有高信噪比和高光束质量。种子源为环形腔结构，主要锁模部件为两个偏振控制器和偏振相关隔离器。调节第一个偏振控制器使脉冲中心部分线性偏振，脉冲中心部分通过偏振相关隔离器，其余部分被阻挡吸收，经过偏振相关隔离器后的光脉冲由第二个偏振控制器将其偏振态改为椭圆偏振。在传播过程中，由于SPM和XPM分别作用在两个正交偏振分量上，整个脉冲的偏振态在传输过程中呈非线性变化。脉冲在腔内的每次往返都会被微小窄化，最终形成锁模的超短脉冲。通过调节环形腔的色散，得到皮秒量级至飞秒量级的激光脉冲输出。在被动锁模结构中，如果光纤长度较长，容易造成较大的非线性相移，在实际应用中，温度和压力变化会引起光纤双折射幅度涨落，影响锁模过程，优化光路的长度可以提高光纤激光器的稳定性。本实施例将超短脉冲种子源内部光纤的长度控制在10m以下，输出可长期稳定。

此外，由于采用双包层泵浦光源，泵浦激光通过大模场直径的双包层光纤进入小模场直径的PCF，由于模场直径差别很大的两种光纤直接进行熔接会产生较高的损耗，不仅大大降低光源的效率.而且容易累积热量导致光纤烧毁。本实施例在在双包层光纤和PCF之间熔接了普通光纤，普通光纤的模场直径比双包层光纤小，与PCF熔接的难度较低，可避免光的大幅度损耗和效率降低，避免光纤烧毁。

这样，本实施例的双包层泵浦光源产生的短脉冲激光通过模场匹配后注入PCF，在PCF光纤中由于受到非线性效应的影响最终输出宽光谱的光信号，由于光子晶体光纤(PCF)能通过调整自身内部空气孔的直径和排列，灵活控制零色散波长区域，有效了保持了单模传输和高非线性。

一般的，超短脉冲种子源包括泵浦激光器，泵浦激光器用于产生泵浦激光，泵浦激光器的可靠驱动是整个光路设计稳定的一个不可或缺的保证，且传统泵浦激光器的输出并未自动进行功率控制，导致输出光的稳定性不足。本实施例中，超短脉冲种子源还包括功率自动控制电路，所述功率自动控制电路的输出端与所述泵浦激光器的驱动极相连，用于驱动所述泵浦激光器并自动控制所述泵浦激光器输出光的功率。功率自动控制电路包括OPA4340芯片U2、三极管Q6、电阻R17、可变电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电容C14、二极管D3、二极管D4；

参考电压依次经电阻R17、可变电阻R18接地，电阻R17、可变电阻R18的公共端与OPA4340芯片U2的+INC引脚相连，OPA4340芯片U2的V+引脚接入+5V电压，OUTD引脚依次经电阻R20、二极管D3正极、二极管D3负极、电阻R21与三极管Q6的基极相连，三极管Q6的基极还经电容C14接地，+5V电压还依次经电阻R22、电阻R23接地，三极管Q6的集电极依次经二极管D4的正极、二极管D4的负极与电阻R22、电阻R23的公共端相连，三极管Q6、二极管D4的公共端与所述驱动极相连，三极管Q6的发射极经电阻R24接地，三极管Q6、电阻R24的公共端与OPA4340芯片U2的+INA引脚相连，电阻R25与电阻R24并联。

其中，电阻R17、可变电阻R18、电阻R22、电阻R23为分压电阻，可调节可变电阻R18的阻值以改变运放的基准驱动电压；电阻R20、电阻R21用于限流，避免大电流烧毁二极管D3或三极管Q6；二极管D3、二极管D4均为单向流动二极管，避免电流反向流动；电阻R25与电阻R24并联，用于分流，避免单个电阻上流过的电流超过额定电流；三极管Q6可放大OPA4340芯片U2输出的驱动电流，从而提高运放驱动激光器的驱动能力。

本实施例中，运放OPA4340芯片U2的OUTD引脚输出驱动电流驱动三极管Q6从而驱动泵浦激光器，同时在三极管Q6的发射极取样激光器的驱动电流，通过电阻转化为反馈电压，连接至运放的正端，形成负反馈，对泵浦激光器的输出光功率进行很好地控制，可保证激光器的输出光功率稳定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种宽带光源组件，包括双包层泵浦光源，其特征在于，所述双包层泵浦光源的光纤输出端与普通光纤的一端熔接，所述普通光纤的另一端与光子晶体光纤熔接，所述双包层泵浦光源产生的短脉冲激光经所述普通光纤注入所述光子晶体光纤后输出。

2.如权利要求1所述的宽带光源组件，其特征在于，所述双包层泵浦光源包括超短脉冲种子源、选频模块及高功率光放大模块，所述超短脉冲种子源、所述选频模块及所述高功率光放大模块依次通过光纤连接，所述高功率光放大模块的光纤输出端与所述普通光纤的一端熔接。

3.如权利要求2所述的宽带光源组件，其特征在于，所述超短脉冲种子源采用被动锁模光纤激光器实现。

4.如权利要求3所述的宽带光源组件，其特征在于，所述超短脉冲种子源内部光纤的长度小于10m。

5.如权利要求2所述的宽带光源组件，其特征在于，所述超短脉冲种子源包括泵浦激光器及功率自动控制电路；

所述功率自动控制电路的输出端与所述泵浦激光器的驱动极相连，用于驱动所述泵浦激光器并自动控制所述泵浦激光器输出光的功率。

6.如权利要求5所述的宽带光源组件，其特征在于，所述功率自动控制电路包括OPA4340芯片U2、三极管Q6、电阻R17、可变电阻R18、电阻R22、电阻R23、电阻R24、二极管D3、二极管D4；

参考电压依次经电阻R17、可变电阻R18接地，电阻R17、可变电阻R18的公共端与OPA4340芯片U2的+INC引脚相连，OPA4340芯片U2的V+引脚接入+5V电压，OUTD引脚依次经二极管D3正极、二极管D3负极与三极管Q6的基极相连，+5V电压还依次经电阻R22、电阻R23接地，三极管Q6的集电极依次经二极管D4的正极、二极管D4的负极与电阻R22、电阻R23的公共端相连，三极管Q6、二极管D4的公共端与所述驱动极相连，三极管Q6的发射极经电阻R24接地，三极管Q6、电阻R24的公共端与OPA4340芯片U2的+INA引脚相连。

7.如权利要求6所述的宽带光源组件，其特征在于，所述功率自动控制电路还包括电阻R20、电阻R21、电阻R25、电容C14，R20接入二极管D3与OUTD引脚之间，电阻R21接入二极管D3与三极管Q6基极之间，三极管Q6的基极经电容C14接地，电阻R25与电阻R24并联。

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