[發明專利]基于多芯光子晶體光纖的超連續譜光源

無效

• 申請號: 201210551615.4
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN102967981A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 諶鴻偉;靳愛軍;郭良;侯靜;陳勝平;陳子倫;陸啟生
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02B6/02
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

技術領域

本發明涉及光纖激光技術領域，特指一種能實現高平均功率全光纖化超連續譜輸出的光源。

背景技術

目前，采用光纖激光泵浦光子晶體光纖實現的低功率超連續譜光源已經成為一種實用化的商品。但是，某些應用領域需要具有高平均輸出功率和高光譜密度的超連續譜光源，現有的超連續譜光源尚不能滿足需求。

超連續譜光源一般包括泵浦源和超連續譜產生介質兩部分。泵浦激光的參數（工作波長，脈沖寬度，脈沖峰值功率）和非線性介質的特性（色散特性，非線性響應）共同決定了何種非線性效應可以發生以及最終輸出的超連續譜形式。實際上泵浦源的參數和光纖特性的細小差別會對超連續譜產生過程以及最終輸出的光譜產生顯著影響，只有非線性介質的特性同泵浦源比較匹配時才能夠產生比較理想的超連續譜。

目前，獲得高平均輸出功率和高光譜密度的超連續譜主要是利用技術比較成熟的高功率光纖激光泵浦單芯光子晶體光纖來開展的。為實現超連續光譜的極大展寬，要求泵浦激光工作波長應該選擇在靠近光子晶體光纖零色散點的反常色散區。但是高功率泵浦源的輸出尾纖的纖芯直徑一般都大于10微米，色散特性與之匹配的光子晶體光纖的纖芯直徑小于10微米，兩者之間存在較大的模場不匹配，這使得高功率泵浦激光到光子晶體光纖的耦合十分困難。雖然可以通過增加單芯光子晶體光纖的纖芯直徑來減小模場不匹配，但是這一方面會降低單芯光子晶體光纖的非線性系數，另一方面也會改變光子晶體光纖的色散特性，不利于超連續譜的產生。模場不匹配導致的較大耦合損耗會降低系統的光學轉換效率，更為嚴重的是耦合損耗過大還會引起熔接點的熱損傷。即使高功率泵浦激光的耦合問題得以解決，由于單芯光子晶體光纖的模場直徑相對較小，熱效應以及激光損傷等因素也從根本上限制了基于單芯光子晶體光纖的超連續譜光源的輸出功率。

近年來，多芯光子晶體光纖的概念被提出。多芯光子晶體光纖的各個纖芯之間的光場相互耦合可以形成所謂“超模”，其中的同相超模具有類高斯型的遠場強度分布，有效模場分布面積較大，并且其模場分布對熱和應力不敏感。另外，多芯光子晶體光纖超模的色散特性與具有相同空氣填充比的單芯光子晶體光纖的色散特性差別較小。所以，多芯光子晶體光纖可在擁有較大模場面積的同時具有同泵浦激光比較匹配的色散特性。有文獻證明采用多芯光子晶體光纖可以實現超連續譜的產生，但是這些文獻中泵浦激光都是采用透鏡耦合方式進入到光子晶體光纖中，這降低了系統的穩定性，不利于實際應用。目前，已有連續譜光源相關的授權專利公告，但尚未有采用多芯光子晶體光纖作為超連續譜產生介質的專利。

發明內容

為克服現有基于單芯光子晶體光纖的超連續譜產生技術中的不足，提升超連續譜光源的平均輸出功率，本發明提出一種基于多芯光子晶體光纖的超連續譜光源，能實現高平均功率全光纖化超連續譜輸出。

本發明提出的基于多芯光子晶體光纖的超連續譜光源由帶輸出尾纖的泵浦激光器和多芯光子晶體光纖兩部分組成，把選用的泵浦激光器的輸出尾纖同模場和色散特性匹配的多芯光子晶體光纖的輸入端進行熔接，即構成了全光纖化的超連續譜光源。

所述的泵浦激光器為：工作波長與多芯光子晶體光纖的色散特性相匹配；帶尾纖輸出，并且從尾纖中輸出的激光的光束質量好，為基橫模或者接近基橫模；輸出尾纖的模場與多芯光子晶體光纖的超模的模場相匹配；輸出激光進入到多芯光子晶體光纖中能夠有效地激發超連續譜。

所述的泵浦激光器為摻稀土離子（鐿、鉺、銩、鈥、鉍等）光纖激光器或者基于非線性效應的光纖激光器(拉曼光纖激光器，參量光纖激光器等)，或者是固體激光器，或者是半導體激光器，通過耦合系統把輸出激光耦合到光纖中，構成帶輸出尾纖的泵浦激光器。

泵浦激光器的工作方式可以是脈沖激光運行，也可以是連續波激光運行。

所述的多芯光子晶體光纖為超連續譜產生介質，能夠形成穩定的同相超模，并支持其低損耗傳輸；多芯光子晶體光纖的色散特性與泵浦激光器的工作波長相匹配；多芯光子晶體光纖的同相超模的模場與泵浦激光的輸出尾纖的模場相匹配；具有非線性特性，滿足功率條件即滿足可產生超連續譜條件。

所述的多芯光子晶體光纖的特性通過設計光纖來實現，設計光子晶體光纖主要是考慮光纖的端面結構，多芯光子晶體的端面由光纖基底材料、纖芯和與光纖基底材料折射率不同的孔組成。通過改變各個部分的折射率，幾何尺寸和排布方式，可實現不同的光纖特性。

所述的多芯光子晶體光纖的基底材料要根據所需超連續譜的波段進行合理選擇，包括純石英（主要產生可見光和近紅外波段超連續譜），碲化物，硫化物和氟化物材料（主要產生紅外波段超連續譜）。