專利名稱：基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法與系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖技術領域，特別涉及超連續(xù)譜的產(chǎn)生方法與產(chǎn)生系統(tǒng)。
背景技術：
超連續(xù)譜(Supercontinuum，簡稱SC)的產(chǎn)生指的是當高功率的超短光脈沖在通過非線性光學介質(zhì)(如固體、液體、氣體和半導體等)的過程中，由于介質(zhì)中的各種非線性效應作用，傳輸脈沖的光譜中會產(chǎn)生許多新的頻率成份，使得輸出脈沖光譜寬度遠大于入射脈沖的譜寬。SC譜范圍可從可見光一直延續(xù)擴展到紫外和紅外區(qū)域，其頻譜展寬機理來自非線性光學介質(zhì)中的自聚集(Self Focus)、自相位調(diào)制(Self PhaseModulation，簡稱 SPM)、交叉相位調(diào)制(Cross Phase Modulation，簡稱 XPM)、四波混頻(FourWave Mixing，簡稱FWM)和受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，簡稱SRS)等非線性效應的共同作用。R. R. Alfano和S. L. Shapiro于1970年利用倍頻鎖模釹玻璃皮秒激光脈沖泵浦塊狀硼硅酸鹽(borosilicate)玻璃，首次獲得分布在400 700nm可見光區(qū)域內(nèi)的SC譜，從此宣告SC譜研究的開始。光纖設計制作技術的迅速發(fā)展，促進了 SC譜技術的發(fā)展完善，其應用領域不斷地得到擴大。SC譜技術在激光度量學、生物醫(yī)學、全光信號處理以及光通信系統(tǒng)等方面的主要應用如超高精度的光頻測量，光纖群速度及光脈沖波形測量，光學相干層析技術，全光模擬-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器(ADC)及自頻率變換，波分復用(WDM)系統(tǒng)中多波長載波光源?，F(xiàn)有超連續(xù)譜產(chǎn)生介質(zhì)主要有塊狀介質(zhì)(如藍寶石)、光子晶體光纖(微結(jié)構光纖)、拉制到微米尺度的光子晶體光纖，當飛秒激光脈沖進入由上述介質(zhì)制作的超連續(xù)譜產(chǎn)生器，則形成超連續(xù)譜光脈沖。上述塊狀介質(zhì)產(chǎn)生的超連續(xù)譜雖然功率高，但是光束質(zhì)量差；上述光子晶體光纖產(chǎn)生的超連續(xù)譜雖然光束質(zhì)量好，但是由于光子晶體光纖的制作工藝復雜，成本昂貴，因而導致超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的成本高，其普及受到限制，再則，由于光子晶體光纖屬于微結(jié)構光纖，為了使其微結(jié)構不被破壞，此類光纖制作的超連續(xù)譜產(chǎn)生器中的產(chǎn)生連續(xù)譜的光纖波導直徑不能過小(即達到納米級)，因而在光集成領域的應用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法與產(chǎn)生系統(tǒng)，以大幅度降低成本，擴大超連續(xù)譜光脈沖的應用范圍。本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法，是將飛秒激光脈沖按要求進行偏振與強度調(diào)整后使其進入由單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導的超連續(xù)譜產(chǎn)生器中，通過納米光纖波導形成超連續(xù)譜光脈沖后輸出。本發(fā)明所述方法中，納米光纖波導是直接將單模光纖或多模光纖剝?nèi)ネ扛矊又笥肧氧焰溶融法(JAL L. Tong, et al. , “ Subwavelength-diameter silica wires for low-loss optical wave guiding, “ Nature, vol. 426,pp. 816-819,2003.)拉制而成。所述納米光纖波導優(yōu)選以下兩種結(jié)構1、納米光纖波導為線狀體，其直徑為500nm 2000nm。2、納米光纖波導為直徑500nm 2000nm的線狀體繞成的“線狀體-圓環(huán)-線狀
體”復合結(jié)構。本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，包括飛秒激光器、空間耦合裝置、 超連續(xù)譜產(chǎn)生器、超連續(xù)譜測量裝置、偏振與強度調(diào)整器及顯微鏡，所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器由單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導，所述空間耦合裝置由透鏡和放置超連續(xù)譜產(chǎn)生器的三維調(diào)節(jié)臺組成；飛秒激光器、偏振與強度調(diào)整器、透鏡、超連續(xù)譜產(chǎn)生器和超連續(xù)譜測量裝置依次設置在同一光路上，顯微鏡安裝在超連續(xù)譜產(chǎn)生器的上方；飛秒激光器產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)偏振與強度調(diào)整器調(diào)整后通過透鏡進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器形成超連續(xù)譜光脈沖輸出，通過超連續(xù)譜測量裝置檢測。本發(fā)明所述超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)中，超連續(xù)譜產(chǎn)生器有以下兩種結(jié)構1、超連續(xù)譜產(chǎn)生器為整體式結(jié)構，依次由飛秒激光注入波導、納米光纖波導和超連續(xù)譜導出波導連接而成，所述納米光纖波導為線狀體，其直徑為500nm 2000nm，長度L1 =IOmm 40mm ο2、超連續(xù)譜產(chǎn)生器為分體式結(jié)構，由飛秒激光注入波導、納米光纖波導和超連續(xù)譜導出波導組成，所述納米光纖波導是由直徑500nm 2000nm的線狀體繞成的“線狀體-圓環(huán)-線狀體”復合結(jié)構，其長度L2 = IOmm 40mm，所述納米光纖波導位于飛秒激光注入波導與超連續(xù)譜導出波導之間，其兩端分別與飛秒激光注入波導、超連續(xù)譜導出波導搭接。所述納米光纖波導的圓環(huán)內(nèi)徑優(yōu)選100 μ m 200 μ m。本發(fā)明所述超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)中，偏振與強度調(diào)整器有以下兩種結(jié)構1、偏振與強度調(diào)整器由一個1/2λ波片和一個偏振片組成；當偏振片不動時，旋轉(zhuǎn)1/2 λ波片可以在保證輸入超連續(xù)譜產(chǎn)生器的飛秒激光偏振方向不變的情況下，連續(xù)調(diào)整飛秒激光強度；當1/2λ波片不動時，旋轉(zhuǎn)偏振片則可既改變飛秒激光的強度，又改變飛秒激光的偏振方向；若同時旋轉(zhuǎn)1/2 λ波片和偏振片可以在保證輸入超連續(xù)譜產(chǎn)生器的飛秒激光強度不變的情況下，調(diào)整飛秒激光的偏振方向。2、偏振與強度調(diào)整器由一個1/2 λ波片與產(chǎn)生飛秒激光的飛秒激光器組成或一個1/4 λ波片與產(chǎn)生飛秒激光的飛秒激光器組成；通過旋轉(zhuǎn)1/4 λ波片可以將輸入超連續(xù)譜產(chǎn)生器的飛秒激光調(diào)整為圓偏振光和不同的橢圓偏振光，通過旋轉(zhuǎn)1/2 λ波片可以將輸入超連續(xù)譜產(chǎn)生器的飛秒激光調(diào)整為不同偏振方向的線偏振光，通過調(diào)整飛秒激光器可控制輸入超連續(xù)譜產(chǎn)生器的飛秒激光的強度。本發(fā)明所述超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)中，超連續(xù)譜測量裝置由光譜儀和光纖功率計組成，為市售商品。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益技術效果1、由于超連續(xù)譜產(chǎn)生器由普通通信光纖——單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導，因而不僅彌補了在微納波導中產(chǎn)生超連續(xù)譜的空白，擴大了超連續(xù)譜光脈沖的應用范圍，特別是在光集成領域的應用，而且大幅度降低了成本，與光子晶體光纖制作超連續(xù)譜產(chǎn)生器相比，降低成本5000倍以上。2、超連續(xù)譜產(chǎn)生器為整體式結(jié)構，系統(tǒng)整體穩(wěn)定、簡潔，便于飛秒激光脈沖的注入和尾端的功率、光譜測量。3、超連續(xù)譜產(chǎn)生器為分體式結(jié)構，飛秒激光注入波導、納米光纖波導和超連續(xù)譜導出波導三個分離器件之間的光依靠納米線的倏逝波耦合方式進行傳輸，可以方便的對納米光纖波導進行操作控制，便于研究不同納米光纖波導參數(shù)對超連續(xù)譜產(chǎn)生的影響。4、偏振與強度調(diào)整器的設置，可根據(jù)要求方便地調(diào)整進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器的飛秒激光的強度和偏振方向。


圖1是本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的一種結(jié)構示意圖；圖2是本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的另一種結(jié)構示意圖；圖3是本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)中超連續(xù)譜產(chǎn)生器的一種結(jié)構示意圖；圖4是本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)中超連續(xù)譜產(chǎn)生器的另一種結(jié)構示意圖；圖5是圖3所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器在三維調(diào)節(jié)臺上放置的示意圖；圖6是圖4所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器在三維調(diào)節(jié)臺上放置的示意圖；圖7是使用本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，在將不同功率的飛秒激光注入超連續(xù)譜產(chǎn)生器所形成的超連續(xù)譜光譜圖。圖中，1-飛秒激光器，2_1/2λ波片或1/4λ波片，3_透鏡，4_三維調(diào)節(jié)臺，5_顯微鏡，6-超連續(xù)譜產(chǎn)生器，7-超連續(xù)譜探測裝置，8-偏振片，9-飛秒激光注入波導，10-納米光纖波導，11"超連續(xù)譜導出波導，12-水平面上X方向的移動平臺，13-水平面上Y方向的移動平臺，14-垂直方向的移動平臺，15-固定式支撐臺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法與系統(tǒng)作進一步詳細說明，但它僅用于說明本發(fā)明的一些具體的實施方式，而不應理解為對本發(fā)明保護范圍的任何限定。下述實施例中，飛秒激光器由美國相干公司(coherent)生產(chǎn)，振蕩級-mantis系列，放大級-legend系列；超連續(xù)譜測量裝置由光譜儀〔美國海洋光學公司(ocean optics) 生產(chǎn)〕和光纖功率計(瞬秒公司生產(chǎn))組成；透鏡的規(guī)格焦距f = 50mm，直徑cp=20mm;三維調(diào)節(jié)臺為精密光學移動平臺，型號6011120302(中國大恒公司生產(chǎn))，1//2入波片、1/4 λ 波片和偏振片均為市售商品；超連續(xù)譜產(chǎn)生器中的飛秒激光注入波導、納米光纖波導和超連續(xù)譜導出波導由型號為SMF-28e的單模光纖(美國康寧公司生產(chǎn))剝?nèi)ネ扛矊又笥脷溲跹嫒苋诜?見L Tong, et al. , “ Subwavelength-diameter silica wires for low-loss optical wave guiding, “ Nature, vol. 426, pp. 816-819, 2003.)拉制而成。實施例1本實施例中，基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構如圖1所示，由飛秒激光器1、空間耦合裝置、超連續(xù)譜產(chǎn)生器6、超連續(xù)譜測量裝置7、偏振與強度調(diào)整器及顯微鏡5 構成。所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器6的結(jié)構如圖3所示，為整體式結(jié)構，依次由飛秒激光注入波導9、納米光纖波導10和超連續(xù)譜導出波導11連接而成，所述納米光纖波導10為線狀體，其直徑為lOOOnm，長度L1 = 20mm。所述空間耦合裝置由透鏡3和放置超連續(xù)譜產(chǎn)生器的三維調(diào)節(jié)臺4組成，三維調(diào)節(jié)臺包括水平面上X方向的移動平臺12，水平面上Y方向的移動平臺13和垂直方向的移動平臺14。偏振與強度調(diào)整器由一個1/2 λ波片2與產(chǎn)生飛秒激光的飛秒激光器1組成。超連續(xù)譜產(chǎn)生器6固定在三維調(diào)節(jié)臺4和固定式支撐臺15上，其放置方式如圖5所示。飛秒激光器1、1/2λ波片2、透鏡3、超連續(xù)譜產(chǎn)生器6和超連續(xù)譜測量裝置7依次設置在同一光路上，顯微鏡5安裝在超連續(xù)譜產(chǎn)生器6中的納米光纖波導10 上方。實施例2本實施例中，基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構如圖2所示，由飛秒激光器1、空間耦合裝置、超連續(xù)譜產(chǎn)生器6、超連續(xù)譜測量裝置7、偏振與強度調(diào)整器及顯微鏡5 構成。所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器6的結(jié)構如圖4所示，為分體式結(jié)構，由飛秒激光注入波導9、納米光纖波導10和超連續(xù)譜導出波導11組成，所述納米光纖波導10為直徑SOOnm的線狀體繞成的“線狀體-圓環(huán)-線狀體”復合結(jié)構，其長度L2 = 40mm,圓環(huán)的內(nèi)徑為150 μ m,所述納米光纖波導10位于飛秒激光注入波導9與超連續(xù)譜導出波導11之間，其兩端分別與飛秒激光注入波導9、超連續(xù)譜導出波導11搭接。所述空間耦合裝置由透鏡3和放置超連續(xù)譜產(chǎn)生器的三維調(diào)節(jié)臺4組成，三維調(diào)節(jié)臺包括水平面上X方向的移動平臺12，水平面上Y 方向的移動平臺13和垂直方向的移動平臺14。偏振與強度調(diào)整器由一個1/2 λ波片2和一個偏振片8組成。超連續(xù)譜產(chǎn)生器6固定在三維調(diào)節(jié)臺4和固定式支撐臺15上，其放置方式如圖6所示。飛秒激光器1、1/2λ波片2、偏振片8、透鏡3、超連續(xù)譜產(chǎn)生器6和超連續(xù)譜測量裝置7依次設置在同一光路上，顯微鏡5安裝在超連續(xù)譜產(chǎn)生器6中的納米光纖波導10上方。實施例3本實施例使用實施例1所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，將飛秒激光器1 調(diào)整為飛秒激光的輸出功率為125mW，飛秒激光器產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)1/2 λ波片2、透鏡3進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器6形成超連續(xù)譜光脈沖輸出，通過超連續(xù)譜測量裝置7檢測，得到圖7中a所示的超連續(xù)譜光譜圖。實施例4本實施例使用實施例1所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，將飛秒激光器1 調(diào)整為飛秒激光的輸出功率為IOOmW,飛秒激光器產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)1/2 λ波片2、透鏡3進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器6形成超連續(xù)譜光脈沖輸出，通過超連續(xù)譜測量裝置7檢測，得到圖7中b所示的超連續(xù)譜光譜圖。實施例5本實施例使用實施例2所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，偏振片不動，旋轉(zhuǎn)1/2 λ波片將透過偏振片后的飛秒激光功率調(diào)整為65mW，飛秒激光脈沖經(jīng)透鏡3進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器6形成超連續(xù)譜光脈沖輸出，通過超連續(xù)譜測量裝置7檢測，得到圖7中c所示的超連續(xù)譜光譜圖。實施例6本實施例使用實施例2所述基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，偏振片不動，旋轉(zhuǎn)1/2 λ波片將透過偏振片后的飛秒激光功率調(diào)整為50mW，飛秒激光脈沖經(jīng)透鏡3進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器6形成超連續(xù)譜光脈沖輸出，通過超連續(xù)譜測量裝置7檢測，得到圖7中d所示的超連續(xù)譜光譜圖。
權利要求
1.一種基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法，其特征在于將飛秒激光脈沖按要求進行偏振與強度調(diào)整后使其進入由單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導的超連續(xù)譜產(chǎn)生器中，通過納米光纖波導形成超連續(xù)譜光脈沖后輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法，其特征在于所述納米光纖波導(10)為線狀體，其直徑為500nm 2000nm。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法，其特征在于所述納米光纖波導(10)為直徑500nm 2000nm的線狀體繞成的“線狀體-圓環(huán)-線狀體”復合結(jié)構。
4.一種基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，包括飛秒激光器(1)、空間耦合裝置、超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)、超連續(xù)譜測量裝置(7)，其特征在于還包括偏振與強度調(diào)整器及顯微鏡 (5)，所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)由單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導(10)，所述空間耦合裝置由透鏡( 和放置超連續(xù)譜產(chǎn)生器的三維調(diào)節(jié)臺(4)組成；飛秒激光器(1)、偏振與強度調(diào)整器、透鏡C3)、超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)和超連續(xù)譜測量裝置(7)依次設置在同一光路上，顯微鏡( 安裝在超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)的上方，飛秒激光器產(chǎn)生的飛秒激光脈沖經(jīng)偏振與強度調(diào)整器調(diào)整后通過透鏡進入超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)形成超連續(xù)譜光脈沖輸出，通過超連續(xù)譜測量裝置(7)檢測。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)為整體式結(jié)構，依次由飛秒激光注入波導(9)、納米光纖波導(10)和超連續(xù)譜導出波導(11)連接而成，所述納米光纖波導(10)為線狀體，其直徑為500nm 2000nm，長度L1 =IOmm 40mm ο
6.根據(jù)權利要求4所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于超連續(xù)譜產(chǎn)生器(6)為分體式結(jié)構，由飛秒激光注入波導(9)、納米光纖波導(10)和超連續(xù)譜導出波導 (11)組成，所述納米光纖波導(10)為直徑500nm 2000nm的線狀體繞成的“線狀體-圓環(huán)-線狀體”復合結(jié)構，其長度L2= IOmm 40mm，所述納米光纖波導(10)位于飛秒激光注入波導(9)與超連續(xù)譜導出波導(11)之間，其兩端分別與飛秒激光注入波導(9)、超連續(xù)譜導出波導(11)搭接。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于所述納米光纖波導(10)中圓環(huán)的內(nèi)徑為ΙΟΟμπι 200μπι。
8.根據(jù)權利要求4至7中任一權利要求所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于偏振與強度調(diào)整器由一個1/2 λ波片和一個偏振片(8)組成。
9.根據(jù)權利要求4至7中任一權利要求所述的基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于偏振與強度調(diào)整器由一個1/2 λ波片與產(chǎn)生飛秒激光的飛秒激光器(1)組成或一個1/4 λ波片與產(chǎn)生飛秒激光的飛秒激光器(1)組成。
全文摘要
一種基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生方法，是將飛秒激光脈沖按要求進行偏振與強度調(diào)整后使其進入由單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導的超連續(xù)譜產(chǎn)生器中，通過納米光纖波導形成超連續(xù)譜光脈沖后輸出。一種基于納米光纖的超連續(xù)譜產(chǎn)生系統(tǒng)，包括飛秒激光器、空間耦合裝置、超連續(xù)譜產(chǎn)生器、超連續(xù)譜測量裝置、偏振與強度調(diào)整器及顯微鏡，所述超連續(xù)譜產(chǎn)生器由單模光纖或多模光纖制作且含有納米光纖波導，所述空間耦合裝置由透鏡和放置超連續(xù)譜產(chǎn)生器的三維調(diào)節(jié)臺組成；飛秒激光器、偏振與強度調(diào)整器、透鏡、超連續(xù)譜產(chǎn)生器和超連續(xù)譜測量裝置依次設置在同一光路上，顯微鏡安裝在超連續(xù)譜產(chǎn)生器的上方。
文檔編號G02F1/365GK102360148SQ20111032472
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2011年10月24日
發(fā)明者馮國英, 周壽桓, 周昊 申請人:四川大學