[發明專利]基于多孤子同步掃描的多點輸出CARS激發源裝置及產生方法

有效

• 申請號: 201710713151.5
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107589613B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 江俊峰;劉鐵根;黃燦;劉琨;張永寧;王雙;張學智
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G01N21/65
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于多孤子同步掃描的多點輸出CARS激發源裝置及產生方法，由光纖激光器產生飛秒脈沖，經液晶延遲器和偏振分束棱鏡后實現功率可調并分束，一束經光子晶體光纖產生多個光孤子，再依次GI?MMF與SMF進行啁啾譜壓縮，壓縮后的各個光孤子通過環行器與光纖光柵被依次濾出；另一束飛秒脈沖作為泵浦光，耦合進GI?MMF與SMF中進行啁啾譜壓縮后經光纖分束器分束，形成多個泵浦光，再電控調節多個光纖延遲線同時實現泵浦光與各個光孤子的脈沖同步，最后分別合束輸出，構成多點輸出的CARS激發源。該發明能夠實現了多孤子的同步掃描，可同時探測多個CARS信號，大大提高了CARS信號探測的效率，且結構緊湊、環境抗干擾性強，可服務于CARS顯微成像領域。

技術領域

本發明涉及非線性光學領域，特別是涉及一種多點輸出CARS激發源裝置及方法。

背景技術

相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS)技術在利用非線性光學四波混頻來探測分子的拉曼振動譜時，通常利用泵浦和斯托克斯兩束光來激發樣品。當泵浦光和斯托克斯光的頻差等于樣品的化學鍵振動頻率、且滿足相位匹配條件時，將激發出反斯托克斯光，這就是CARS顯微成像技術所需要探測的CARS信號。但作為傳統的CARS信號的基于固體激光器的空間光學型CARS激發源裝置，其體積龐大、穩定性差、價格昂貴且需要專人維護，這些存在的問題限制了推廣應用。

另一種CARS信號即光纖型CARS激發源則具有穩定可靠、免調整且易集成的特性，很好地解決了上述問題，成為近年來CARS激發源的研究熱點。研究者們利用脈沖在光纖中產生的非線性效應，向光子晶體光纖(PCF)中注入超短脈沖進行頻率轉換，以得到合適的斯托克斯光。這些頻率轉換機制包括孤子自頻移、超連續譜以及四波混頻。其中，基于孤子自頻移的光纖CARS激發源技術在CARS顯微成像領域應用廣泛。但隨著輸入光功率的增大，會產生多階光孤子。這些光孤子一起入射到樣品上，會影響CARS信號的產生，并且降低成像質量，所以在現有的CARS激發源系統中，通常只用基階孤子作為斯托克斯光脈沖，而將其余各階光孤子濾掉，這樣只能實時探測到一個CARS信號，使得實時探測范圍有限，且功率損耗大，忽視了其余各階光孤子的作用。

發明內容

本發明提出了基于多孤子同步掃描的多點輸出CARS激發源生成裝置及產生方法，實現了3個不同CARS信號的同步探測；而且由液晶延遲器、偏振分束棱鏡以及電控系統組成了功率調諧部分，使得輸入到PCF中的功率可調，從而使得光孤子波長可調，實現了各個孤子的光譜掃描。

本發明的一種基于多孤子同步掃描的多點輸出CARS激發源生成裝置，該裝置包括飛秒光纖激光器(1)、液晶延遲器(2)、偏振分光棱鏡(3)、第一、第二耦合鏡(41)(42)、光子晶體光纖(5)、第一、第二折射率漸變多模光纖(61)(62)、第一、第二單模光纖(71)(72)、濾波部分、光纖1×3分束器(11)、第一、第二、第三光纖延遲線(121)(122)(123)、第一、第二、第三合束器(131)(132)(133)、電控系統(14)和第一、第二、第三輸出端口(151)(152)(153)；所述濾波部分由第一、第二光纖環行器(81)(82)、第一、第二啁啾光纖光柵(91)(92)以及長周期光纖光柵(10)構成，其中：