[發明專利]一種全光纖化高功率中遠紅外超連續譜光源

在審

• 申請號: 201710012520.8
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN107046220A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 李杏;聶秋華;戴世勛;王訓四;張培晴;吳越豪;王國祥;劉自軍
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;H01S3/11
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 何仲

技術領域

本發明涉及激光光電子技術領域，尤其是涉及一種全光纖化高功率中遠紅外超連續譜光源。

背景技術

根據大氣透光情況劃分，大氣窗口主要分為可見光和近紅外波段（0.3~1.3μm，1.5~1.8μm）、中紅外波段（3.5~5.5μm）、遠紅外波段（8~14μm）以及微波波段（0.8~2.5cm）等。位于人眼可見視覺長波方向的紅外波段，有著特殊的軍事和民用價值，尤其中遠紅外波段不僅是衰減最小的大氣窗口，而且還覆蓋了眾多原子及分子的吸收峰，是檢測儀器領域重要的“指紋”鑒定區，也是室溫或高溫物體黑體輻射所對應的光波頻譜區。因此，中遠紅外波段光源在軍事（如紅外追蹤、干擾、搜索靶標導航以及光學遙感探測等）和民用方面（如大氣監測、紅外光譜學、環保以及生物醫療等）具有重要應用。傳統中遠紅外光源如同步輻射光源和熱棒，雖然產生的光譜帶寬較寬，但是亮度差、相干度極低，嚴重限制了其應用。激光具有高亮度和高相干度的特點，但是受激光材料制約，普通激光器無法實現任意波段激光輸出，尤其是在中遠紅外波段，激光器主要為幾種特定波長輸出的氣體激光器（CO₂：10.6μm，He-Ne：3.93μm，CO：5.3μm等）。近年來，量子級聯激光器（QCL）和超連續譜激光光源等新型激光器的出現極大豐富了中遠紅外波段光源的種類，但是QCL系統比較復雜、輸出功率較低、成本較高且波長難以實現可調諧。相比而言，中遠紅外超連續（SC）譜激光光源產生的光同時兼具有高亮度、高相干度和寬頻譜特征，因此成為了紅外波段最具發展潛力的光源。

目前中遠紅外SC譜激光光源主要利用具有高峰值功率的光學參量振蕩器（OPO）或光學參量放大器（OPA）激光泵浦硫系光纖實現中遠紅外SC譜輸出，但其空間光耦合方式以及泵浦源體積龐大使光源的應用受到極大限制，且其輸出功率極低，一般限制在微瓦量級，基本不具備實用性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種成本低、轉換效率高、輸出光束質量好、帶寬寬、結構簡單緊湊以及環境適應能力強的全光纖化高功率中遠紅外超連續譜光源。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種全光纖化高功率中遠紅外超連續譜光源，包括依次連接的用于產生高重復頻率超短脈沖的摻銩鎖模光纖激光模塊、用于產生高功率高階孤子脈沖的摻銩光纖放大模塊、用于產生2-5μm高功率SC譜激光的第一SC譜產生模塊以及用于產生2-14μm高功率SC譜的第二SC譜產生模塊。

所述的摻銩鎖模光纖激光模塊、所述的摻銩光纖放大模塊、所述的第一SC譜產生模塊和所述的第二SC譜產生模塊均采用單模光纖，以確保輸出脈沖具有良好的光束質量。

所述的摻銩鎖模光纖激光模塊采用基于半導體可飽和吸收鏡（SESAM）鎖模的摻銩脈沖光纖激光器。

所述的摻銩脈沖光纖激光器結構為依次首尾相連的用于注入泵浦光的WDM波分復用器、用于提供放大的第一增益光纖、用于輸出激光的單模光纖耦合器、用于使腔內脈沖單向運行的偏振無關光隔離器、用于調節腔內偏振態的PC偏振控制器、用于引入SESAM的三端口光纖環形器和用于補償色散的正色散光纖。所述的三端口光纖環形器連接用于實現鎖模的半導體可飽和吸收鏡，所述的單模光纖耦合器輸出的種子光進入所述的摻銩光纖放大模塊，所述的摻銩脈沖光纖激光器采用1570nm連續波光纖激光器作為泵浦源。通過調節第一增益光纖、正色散光纖和波分復用器、單模光纖耦合器、偏振無關光隔離器、偏振控制器和三端口光纖環形器等器件尾纖長度，同時優化泵浦光功率和腔內偏振態，可有效控制鎖模輸出脈沖的脈寬、重復頻率等特征參數，使其適合作為摻銩光纖放大模塊的種子光。

所述的摻銩光纖放大模塊采用單級放大，實際上是一個簡化的啁啾脈沖放大。

所述的摻銩光纖放大模塊結構為依次相連的偏振無關光隔離器、泵浦合束器和第二增益光纖，所述的單模光纖耦合器輸出的種子光通過所述的偏振無關光隔離器和所述的泵浦合束器后進入到所述的第二增益光纖中，所述的摻銩光纖放大模塊采用一臺或多臺793nm半導體激光器作為泵浦源，泵浦光通過所述的泵浦合束器進入到所述的第二增益光纖中，所述的第二增益光纖輸出的高功率高階孤子脈沖進入所述的第一SC譜產生模塊中。通過調節摻銩鎖模光纖激光模塊的輸出特性和第二增益光纖長度，同時對793nm泵浦功率大小進行優化，可有效控制放大輸出脈沖的產生過程，使其輸出高功率高階孤子脈沖，適合作為第一SC譜產生模塊的泵浦光。