一種基于填充氦氣的kagome光纖的高功率脈沖壓縮裝置制造方法
【專利摘要】一種基于填充氦氣的kagome光纖的高功率脈沖壓縮裝置，包括激光二極管、隔離器、填充氦氣的kagome光纖、兩個半波片、偏振分光棱鏡以及單通道光柵壓縮器。激光二極管發(fā)出ps量級高功率脈沖通過隔離器注入填充氦氣的kagome光纖，由于填充了氦氣的kagome光纖具有特殊的光學性能，其損耗閾值較高，因此高功率的脈沖可在kagome光纖中傳輸而不損壞kagome光纖，kagome光纖輸出的高功率脈沖進入到第一個半波片，然后通過偏振分光棱鏡反射后進入第二個半波片，最后注入單通道的光柵壓縮器壓縮，實現(xiàn)高功率ps量級脈沖的壓縮。實驗中我們將寬度為1ps的脈沖壓縮到480fs以下，壓縮后的脈沖能量為1μJ，平均輸出功率為10.2W，峰值功率為1.7MW。
【專利說明】—種基于填充氦氣的kagome光纖的局功率脈沖壓縮裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于通信領域，它是一種基于限制纖芯模式與包層模式耦合的kagome光纖裝置，特別是涉及一種填充了氦氣的kagome光纖作為傳輸介質，實現(xiàn)對激光二極管發(fā)出的高功率脈沖進行壓縮的裝置。
【背景技術】
[0002]超短脈沖在光通信領域中應用廣泛，將ps量級的脈沖壓縮到fs量級一直是研究人員關注的焦點。T.SUdmeyer等人通過使用大模場面積實心光子晶體光纖在高功率下實現(xiàn)脈沖的壓縮，從激光二極管中發(fā)出的寬度為760fs的脈沖被壓縮到24fs，壓縮后脈沖的平均功率為32W，壓縮總效率為50%。C.J.Saraceno等人通過使用實心光子晶體光纖放大器實現(xiàn)高功率激光脈沖的壓縮，脈沖寬度可以被壓縮到35fs，脈沖能量超過3PJ。這兩種壓縮裝置對MJ級的激光脈沖的壓縮是有效的。然而，由于標準熔融硅實心光纖的自聚焦效應，峰值功率超過4MW脈沖就不能直接使用這種光纖壓縮裝置。所以，要實現(xiàn)對性能最好的激光二極管發(fā)出的脈沖能量為30μL、峰值功率為25MW的脈沖的壓縮就需要找到另外的壓縮裝置。最近，S.Kidrich等人通過一個光纖放大器裝置將脈沖寬度壓縮到了 35fs，脈沖能量為380μL。由于這個裝置中毛細血管的傳導模式功率損耗很大，所以該技術不能用于模場直徑小的光纖中。因此，這種裝置只適用于脈沖能量在幾百KJ及以上的情況。
[0003]近年來，由于kagome光纖的出現(xiàn)，在脈沖壓縮這個研究方向取得了一些新的突破。Kagome光纖具有獨特的光學性能，這種光纖僅有不完整的光子帶隙，且與空氣線不相交，但光仍可以在光纖中傳輸，同時具有寬通頻帶和較低的損耗，能滿足長波導光或寬帶導光的應用需求，可以避免光子帶隙型光子晶體光纖傳輸帶寬窄、基模與界面模交替光泄漏等缺陷，在高能量激光傳輸領域具有潛在的應用價值。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是基于實心光子晶體光纖的壓縮裝置損耗閾值低、光纖中傳導模式疊加嚴重以及脈沖的功率損耗大等問題，提供一種新的高功率脈沖壓縮裝置，使得激光二極管發(fā)出的高功率脈沖可以在kagome光纖中傳輸后注入單通道的光柵壓縮器進行壓縮，最終從激光二極管中發(fā)出的Ps量級脈沖被壓縮到fs量級。
[0005]本發(fā)明利用了填充氦氣的kagome光纖的損耗閾值高、傳輸帶寬寬、損耗低、色散小，相對于一些傳統(tǒng)的脈沖壓縮裝置(如:基于大模場面積實心光子晶體光纖在高功率下實現(xiàn)脈沖的壓縮)，基于kagome光纖的脈沖壓縮裝置具有壓縮脈沖的平均功率高、脈沖質量好、結構緊湊、體積小等特點，得到研究人員的關注。
[0006]氦氣(Helium gas)，與空氣相比有更低的非線性折射率，同時可以補償波導的線性色散。填充在kagome光纖中的氦氣還可以作為冷卻劑，使得激光二極管輸出的平均功率較高的脈沖仍然可以在kagome光纖中傳輸而不損壞光纖,提高了 kagome光纖的損耗閾值。
[0007]本發(fā)明的技術方案: 一種基于填充氦氣的kagome光纖的高功率脈沖壓縮裝置，包括激光二極管、隔離器、填充氦氣的kagome光纖、兩個半波片、偏振分光棱鏡以及單通道光柵壓縮器。所述的激光二極管發(fā)出的高能量脈沖通過隔離器之后注入填充氦氣的kagome光纖，然后依次通過第一個半波片、偏振分光棱鏡及第二個半波片之后進入單通道光柵壓縮器。
[0008]所述的填充氦氣的kagome光纖是將兩個橡膠氣室分別套在kagome光纖的兩個端面，一個氣室用來抽出kagome光纖中的空氣，另一個氣室中裝滿氦氣，擠壓氣室將氦氣完全注入kagome光纖。
[0009]所述的半波片是將從kagome光纖中輸出的高功率脈沖的偏振方向改變成與之前脈沖偏振方向正交。
[0010]所述的偏振分光棱鏡是由一對高精度直角棱鏡膠合而成，其中一個棱鏡的斜面上鍍有具有偏振分光作用的二氧化硅薄膜，其作用是將一束入射光分成傳播方向互相垂直的兩束光。
[0011]本發(fā)明裝置工作原理如下所述:
激光二極管發(fā)出的高功率的激光脈沖通過隔離器注入kagome光纖，由于kagome光纖具有獨特的光學性能，可以抑制光纖包層中高階模式和纖芯模式的耦合，因此降低了脈沖的傳輸損耗。kagome光纖中填充的氦氣可以補償波導色散，同時氦氣也可以作為冷卻劑，因此提高了 kagome光纖的損耗閾值,使得kagome光纖能夠傳輸高能量的脈沖。
[0012]kagome光纖中輸出的光脈沖通過第一個半波片后注入偏振分光棱鏡將非偏振光脈沖變成線偏振光脈沖，其中P偏振光完全通過，S偏振光成45°角被反射。脈沖經(jīng)過第二個半波片注入單通道光柵壓縮器，通過光柵壓縮器之后，激光二極管發(fā)出的高功率ps量級的脈沖就能夠被壓縮到fs量級。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:
本發(fā)明使用了填充氦氣的kagome光纖，氦氣在脈沖傳輸過程中可以作為冷卻劑，提高了 kagome光纖的損耗閾值。實驗中我們將寬度為Ips的脈沖壓縮到480fs以下，壓縮后的脈沖能量為1KJ，平均輸出功率為10.2W，峰值功率為1.7MW。這樣的壓縮裝置在光通信領域具有潛在的應用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1基于填充氦氣的kagome光纖的高功率脈沖壓縮裝置的結構示意圖；
圖中:1.激光二極管，2.隔離器,3.kagome光纖,4.半波片,5.偏振分光棱鏡,6.單通道光柵壓縮器，7.光譜儀。
【具體實施方式】
[0015]為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]實施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供基于kagome光纖的高功率脈沖壓縮裝置，包括激光二極管1、隔離器2、kagome光纖3、兩個半波片4、偏振分光棱鏡5、單通道光柵壓縮器6。激光二極管I發(fā)出的ps量級的脈沖經(jīng)過隔離器2注入到填充了氦氣的kagome光纖3，裝置中使用的kagome光纖長30cm,如果使用很長的kagome光纖,將會導致很強的非線性效應,大大增加光傳輸損耗；模場直徑為25 Mm,如果模場直徑過大,將不可能實現(xiàn)單模傳輸,傳輸?shù)墓β蕦蟠鬁p少。填充氦氣的kagome光纖3損耗閾值較高，因此高功率脈沖可以在kagome光纖3中傳輸而不損壞光纖，kagome光纖3輸出的脈沖進入到第一個半波片4，然后通過偏振分光棱鏡5反射后進入第二個半波片4，最后注入單通道的光柵壓縮器6，被壓縮后的脈沖波形最終在光譜儀7上顯示。填充氦氣的kagome光纖3結構是將兩個橡膠氣室分別套在kagome光纖3的兩個端面,一個氣室用來抽出kagome光纖3中的空氣，另一個氣室中裝滿氦氣，擠壓氣室將氦氣注入kagome光纖3。半波片4是將從kagome光纖3中輸出的高功率脈沖的偏振方向改變成與之前脈沖偏振方向正交。偏振分光棱鏡5是由一對高精度直角棱鏡膠合而成，其中一個棱鏡的斜面上鍍有偏振分光介質膜，其作用是將一束入射光分成傳播方向互相垂直的兩束光。
[0017]激光二極管I發(fā)出的高功率的激光脈沖通過隔離器注入kagome光纖3，kagome光纖3具有獨特的光學性能，可以抑制光纖包層中高階模式和纖芯模式的耦合，因此降低了脈沖的傳輸損耗。kagome光纖3中填充的氦氣可以補償波導色散，同時氦氣也可以作為冷卻劑，因此提高了 kagome光纖3的損耗閾值,使得kagome光纖3能夠傳輸高能量的脈沖。
[0018]kagome光纖3中輸出的光脈沖通過第一個半波片4后注入偏振分光棱鏡5將非偏振光脈沖變成線偏振光脈沖,其中P偏振光完全通過,S偏振光成45°角被反射。脈沖經(jīng)過第二個半波片4注入單通道光柵壓縮器6，通過光柵壓縮器6之后，使得激光二極管I發(fā)出的寬度為Ips的脈沖被壓縮到480fs以下，壓縮后的脈沖能量為1KJ，平均輸出功率為10.2W,峰值功率為1.7WL
[0019]kagome光纖3的損耗閾值高、傳輸帶寬寬、損耗低以及色散小,氦氣一方面可以用來補償波導的色散，一方面還可以作為冷卻劑，使得填充了氦氣的kagome光纖3的損耗閾值進一步提聞，可以傳輸聞功率的脈沖，最終實現(xiàn)聞功率脈沖的壓縮。
【權利要求】
1.一種基于填充氦氣的kagome光纖的高功率脈沖壓縮裝置，包括激光二極管、隔離器、填充氦氣的kagome光纖、兩個半波片、偏振分光棱鏡、單通道的光柵壓縮器；所述的激光二極管發(fā)出的高能量脈沖通過隔離器之后注入填充氦氣的kagome光纖，然后依次經(jīng)過第一個半波片、偏振分光棱鏡及第二個半波片之后進入單通道光柵壓縮器。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述填充氦氣的kagome光纖是將兩個橡膠氣室分別套在kagome光纖的兩個端面,一個氣室用來抽出kagome光纖中的空氣，另一個氣室中裝滿氦氣，擠壓氣室將氦氣注入kagome光纖。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述填充氦氣的kagome光纖長30cm；模場直徑為25 Mm。
4.根據(jù)權利要求1所述裝置，其特征在于所述的第一個半波片是將從kagome光纖中輸出的高功率脈沖的偏振方向改變成與之前脈沖偏振方向正交；所述的第二個半波片是將經(jīng)偏振分光棱鏡反射之后，使得透射過偏振分光棱鏡的脈沖的偏振方向改變成與之前脈沖偏振方向正交。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的偏振分光棱鏡是由一對高精度直角棱鏡膠合而成，其中一個棱鏡的斜面上鍍有偏振分光介質膜，其作用是將一束入射光分成傳播方向互相垂直的兩束光。
【文檔編號】G02B27/44GK104035205SQ201410267697
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年6月17日
【發(fā)明者】苗銀萍, 何勇, 宋彬彬, 張昊, 藺際超, 吳繼旋, 張楷亮, 劉波 申請人:天津理工大學