[發(fā)明專利]一種基于半導(dǎo)體激光二極管泵浦的純可見光超連續(xù)譜光源

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110270490.7
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN113054520B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋銳;何九如;侯靜;韓凱;楊未強(qiáng);陳勝平;張斌;楊林勇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/0941
• 分類號(hào): H01S3/0941;H01S3/067;H01S3/08;H01S3/108
• 代理公司: 湖南企企衛(wèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

本發(fā)明涉及激光技術(shù)與非線性光學(xué)領(lǐng)域的超連續(xù)譜光源，尤其涉及一種基于半導(dǎo)體激光二極管泵浦的純可見光超連續(xù)譜光源，包括光纖反射鏡、紫光半導(dǎo)體激光二極管、合束器、傳能光纖；本發(fā)明采用紫光半導(dǎo)體激光二極管作為泵浦源直接泵浦傳能光纖產(chǎn)生可見光超連續(xù)譜，不僅使產(chǎn)生的可見光超連續(xù)譜光譜波段純正，而且系統(tǒng)效率相對常規(guī)可見光超連續(xù)譜光源而言提高了一倍以上。本發(fā)明為全光纖系統(tǒng)，采用半開腔隨機(jī)光纖激光器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，成本不到常規(guī)可見光超連續(xù)譜光源的十分之一，其輸出具有可見光光譜波段純正、光譜平坦度高、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率高，且可以在瓦量級到千瓦量級大范圍高功率輸出，推動(dòng)了可見光超連續(xù)譜光源在更大范圍的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)與非線性光學(xué)領(lǐng)域的超連續(xù)譜光源，尤其涉及一種基于半導(dǎo)體激光二極管泵浦的純可見光超連續(xù)譜光源，可滿足通信、成像、計(jì)量、傳感、光電對抗等領(lǐng)域的特殊應(yīng)用需求。

背景技術(shù)

超連續(xù)譜光源是激光在非線性介質(zhì)中傳輸時(shí)，在色散和多種非線性效應(yīng)的綜合作用下產(chǎn)生的一種激光光譜被大范圍展寬的結(jié)果。由于超連續(xù)譜光源具有光譜范圍寬、亮度高、相干性好等特點(diǎn)，在通信、成像、計(jì)量、傳感等民用領(lǐng)域以及光電對抗等軍事領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)波段范圍可以把超連續(xù)譜光源分為可見光、近紅外、中紅外等三個(gè)波段，可見光和近紅外波段超連續(xù)譜光源通常采用硅基光纖(例如光子晶體光纖)作為非線性介質(zhì)，中紅外超連續(xù)譜光源通常采用軟玻璃光纖(例如氟化物光纖、碲化物光纖以及硫化物光纖等)作為非線性介質(zhì)。

目前，可見光和近紅外波段超連續(xù)譜光源通常采用脈沖光纖激光器泵浦光子晶體光纖方案。其中脈沖光纖激光器作為產(chǎn)生超連續(xù)譜的泵浦源，光子晶體光纖作為產(chǎn)生超連續(xù)譜的非線性介質(zhì)。光子晶體光纖可以通過改變內(nèi)部空氣孔和孔間距的大小來靈活控制其色散特性，從而實(shí)現(xiàn)與脈沖光纖激光器波長匹配，所以是目前可見光和近紅外波段超連續(xù)譜光源的主要非線性介質(zhì)。

由于脈沖光纖激光器的波長通常位于1μm附近的近紅外波段，當(dāng)其輸出的脈沖激光在光子晶體光纖中傳輸時(shí)，一般是通過非線性效應(yīng)產(chǎn)生的色散波來產(chǎn)生可見光波段的光譜成分，從而實(shí)現(xiàn)可見光超連續(xù)譜輸出。所以目前大部分可見光超連續(xù)譜光源通常包含近紅外波段的光譜成分，不是純正的可見光波段，且其中近紅外波段的光譜成分在總功率上的占比還比較高(例如丹麥NKT光子公司型號(hào)為EXU-6的超連續(xù)譜光源近紅外波段的光譜功率占比為80％)。另外，由于光子晶體光纖本身纖芯直徑通常較小，限制了其輸出超連續(xù)譜的功率水平。此外，超連續(xù)譜光源中采用的脈沖光纖激光器通常采用915nm或976nm的半導(dǎo)體激光二極管作為脈沖光纖激光器的泵浦源，首先通過泵浦摻鐿光纖產(chǎn)生1μm附近的近紅外激光，1μm附近的近紅外激光再作為下一步產(chǎn)生超連續(xù)譜的泵浦源，通過泵浦光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜，所以整個(gè)系統(tǒng)存在兩次光光轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率較低。因此，目前可見光超連續(xù)譜光源存在輸出光譜波段不純正、輸出功率較低、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率較低等問題。

為了產(chǎn)生純可見光波段的超連續(xù)譜光源，研究人員將1.06μm光纖激光器通過倍頻得到0.5μm的綠光，再用該綠光泵浦光子晶體光纖產(chǎn)生純可見光波段的超連續(xù)譜(參見中國專利“一種基于綠光光纖激光器泵浦的可見光超連續(xù)譜光源”，ZL201410204625.X)。該方案解決了可見光超連續(xù)譜光源光譜不純的問題，缺點(diǎn)是需要將1.06μm的光纖激光進(jìn)行倍頻，倍頻會(huì)損耗激光一半的功率，也就是說會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率在正常的基礎(chǔ)上額外降低50％，且倍頻需要用透鏡實(shí)現(xiàn)激光在倍頻晶體和光纖之間的耦合，所以整個(gè)系統(tǒng)并非全光纖結(jié)構(gòu)。此外，由于倍頻晶體非常容易損傷，所以該方法無法實(shí)現(xiàn)高功率可見光超連續(xù)譜的輸出。