[發(fā)明專(zhuān)利]基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010434514.3
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111650178B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江俊峰;張永寧;劉鐵根;王雙;馬喆;陳文杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/65
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/65;G02B27/28;G02B6/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮裝置和方法，飛秒脈沖激光器(1)輸出的超短脈沖依次經(jīng)線(xiàn)偏振片(2)和半波片(3)入射至擴(kuò)束鏡(4)，經(jīng)擴(kuò)束鏡(4)后超短脈沖入射至偏振分束棱鏡(5)、并經(jīng)偏振分束棱鏡(5)透射輸出至空間光調(diào)制器(6)，空間光調(diào)制器(6)反射輸出的超短脈沖經(jīng)偏振分束棱鏡(5)反射后至光纖耦合鏡(7)；光纖耦合鏡(7)的輸出端連接多模光纖(8)，經(jīng)多模光纖(8)傳輸后的超短脈沖入射至單模光纖(10)，所輸出的超短脈沖入射至光譜分析儀(11)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖光譜高效壓縮的同時(shí)，能夠盡量減小飛秒脈沖的傳輸損耗，是一種行之有效的飛秒脈沖光譜壓縮技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)相干控制、非線(xiàn)性光纖光學(xué)以及光譜壓縮領(lǐng)域，特別是涉及一種基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮裝置和方法。

背景技術(shù)

飛秒脈沖由于所具有的高峰值功率、高脈沖能量、超短持續(xù)時(shí)間等特性，自其出現(xiàn)以來(lái)便廣泛應(yīng)用于非線(xiàn)性光學(xué)、化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。基于飛秒脈沖的相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS)顯微成像技術(shù)更是由于其非侵入、無(wú)標(biāo)記、化學(xué)選擇性、時(shí)間分辨性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于研究生物分子的動(dòng)態(tài)拉曼振動(dòng)特性，并根據(jù)生物分子的拉曼共振進(jìn)行顯微成像。然而，飛秒脈沖由于其本質(zhì)的寬光譜特性使得將飛秒脈沖應(yīng)用于CARS顯微成像技術(shù)中時(shí)使得光譜分辨率極差，從而極大地弱化了CARS顯微成像系統(tǒng)的化學(xué)選擇性檢測(cè)能力。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮裝置和方法，用于在實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖光譜高效壓縮的同時(shí)，盡量減小飛秒脈沖的傳輸損耗，從而為基于飛秒脈沖的光纖CARS顯微成像技術(shù)提供一種行之有效的飛秒脈沖光譜壓縮技術(shù)，提高拉曼共振譜探測(cè)分辨率，增強(qiáng)基于飛秒脈沖的光纖CARS系統(tǒng)的化學(xué)選擇性成像能力。

本發(fā)明的一種基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮裝置，其特征在于，該裝置包括飛秒脈沖激光器1、線(xiàn)偏振片2、半波片3、擴(kuò)束鏡4、偏振分束棱鏡5、空間光調(diào)制器6、光纖耦合鏡7、多模光纖8、空心微管9、單模光纖10和光譜分析儀11；其中：所述飛秒脈沖激光器1輸出脈寬為百飛秒量級(jí)的超短脈沖，該超短脈沖依次經(jīng)所述線(xiàn)偏振片2和所述半波片3入射至所述擴(kuò)束鏡4，經(jīng)所述擴(kuò)束鏡4后超短脈沖入射至所述偏振分束棱鏡5、并經(jīng)所述偏振分束棱鏡5透射輸出至所述空間光調(diào)制器6，所述空間光調(diào)制器6反射輸出的超短脈沖經(jīng)所述偏振分束棱鏡5反射后至所述光纖耦合鏡7；所述光纖耦合鏡7的輸出端連接所述多模光纖8的輸入端，經(jīng)所述多模光纖8傳輸后的超短脈沖入射至所述單模光纖10，所述多模光纖8和所述單模光纖10之間由所述空心微管9實(shí)現(xiàn)連接，經(jīng)單模光纖10輸出的超短脈沖入射至光譜分析儀11；其中：

所述空間光調(diào)制器6，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)超短脈沖光束的空間相位調(diào)制；

所述多模光纖8，用于使超短脈沖傳輸時(shí)產(chǎn)生負(fù)啁啾；

所述空心微管9，用于固定多模光纖8輸出端和單模光纖10輸入端，并使兩者之間形成間隔，使得經(jīng)波前整形后的超短脈沖光束在多模光纖8輸出端輸出后會(huì)聚于單模光纖10輸入端面上的纖芯12區(qū)域；

所述單模光纖10，用于使超短脈沖在其正常色散區(qū)域傳輸時(shí)產(chǎn)生自相位調(diào)制效應(yīng)，以便實(shí)現(xiàn)光譜聚焦。

利用一種基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮裝置實(shí)現(xiàn)的一種基于波前整形的光纖級(jí)聯(lián)光譜壓縮方法，該方法包括以下步驟：

首先，利用線(xiàn)偏振片實(shí)現(xiàn)超短脈沖光束中與線(xiàn)偏振片偏振方向一致的部分光束的透射、并且將其余偏振方向的部分光束濾除，從而實(shí)現(xiàn)超短脈沖光束線(xiàn)偏振輸出；利用半波片改變超短脈沖光束的線(xiàn)偏振方向，使超短脈沖的線(xiàn)偏振方向沿偏振分束棱鏡的透射偏振方向，利用擴(kuò)束鏡擴(kuò)大超短脈沖光束的直徑；