專利名稱：一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)本實用新型涉及一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)。近兩年，激光技術發(fā)展迅速，在高平均功率和大單脈沖能量兩個技術指標上都取得了突破性的進展。特別是1.06 μ m波段附近，即摻鐿粒子增益介質，已獲得IO4W平均功率以及IO6W峰值功率的激光輸出。已有的文獻報道和激光器產品中，連續(xù)波光纖光源大多采用高功率連續(xù)波激光振蕩器結構；脈沖波的光纖光源是由脈沖光源和功率放大器兩部分組成；如果是超短脈沖光源，還需加入脈沖展寬器和脈沖壓縮器，實現(xiàn)啁啾脈沖放大與脈沖壓縮。顯而易見，采用此種原理和結構搭建的光纖光源的輸出光譜為單一頻段，輸出波長范圍對應于增益光纖的增益譜區(qū)。一般地，要實現(xiàn)高能量多波長的激光輸出，或者是激光頻率的變換，需要借助于非線性晶體或者光子晶體光纖。頻率轉換的效率與相位匹配的滿足程度有直接關系，即當基頻光在某處激發(fā)的倍頻光/參量光與已經(jīng)產生的、傳播到此處的倍頻光/參量光干涉相長時，才能實現(xiàn)較高的轉換效率。但是，無論是采用非線性晶體和光子晶體光纖，都需要將光纖激光器的輸出端與非線性器件進行光路調整、參數(shù)匹配、以及耦合封裝等等，工序復雜，成本較高。本實用新型克服了上述技術的不足，提供了一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，通過激光基頻波長的調諧以及傳輸模式的選擇，可以實現(xiàn)參量激光波長的調諧，在進行基頻激光功率放大的同時，實現(xiàn)激光頻率的轉換，獲得參量激光輸出。為實現(xiàn)上述目的， 本實用新型采用了下列技術方案:一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源100，所述種子光源100的輸出端連接有用于對光脈沖進行濾波并獲取負啁啾脈沖的負啁啾脈沖選擇器200，所述負啁啾脈沖選擇器200輸出端連接有用于預防大負啁啾脈沖的基頻光預防大器300，所述基頻光預放大器300輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉換參量的非線性光纖放大器400，所述非線性光纖放大器400輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。所述的種子光源100包括第一波分復用器102，所述第一波分復用器102復合輸出端順次連接有第一增益光纖103、第一分束器104、偏振控制器105、偏振分束器106和第一光隔離器107，所述第一波分復用器102 —輸入端連接有第一泵浦原101，所述第一波分復用器102另一輸入端與第一光隔離器107輸出端連接,所述第一分束器104另一輸出端為種子光源100的輸出端。所述負啁啾脈沖選擇器200包括光纖環(huán)形器202，所述光纖環(huán)形器202輸入端連接有第二分束器201，所述第二分束器201的輸入端與種子光源100的輸出端連接，所述第二分束器201另一輸出端為監(jiān)測端口，所述光纖環(huán)形器202 —輸出端連接有光纖光柵203,所述光纖環(huán)形器202另一輸出端作為負啁啾脈沖選擇器200的輸出端。所述基頻光預放大器300包括第二波分復用器302，所述第二波分復用器302的輸入端與負啁啾脈沖選擇器200的輸出端連接，所述第二波分復用器302輸入端連接有第二泵浦源301，所述第二波分復用器302輸出端連接有第二增益光纖303，所述第二增益光纖303作為基頻光預放大器300的輸出端。所述非線性光纖放大器400包括泵浦合束器404，所述泵浦合束器404輸入端連接有第二光隔離器403，所述第二光隔離器403的輸入端與基頻光預防大器300的輸出端連接，所述浦合束器404還連接有第三泵浦源401，所述泵浦合束器404的輸出端連接有第三增益光纖405，所述第三增益光纖405輸出端作為非線性光纖放大器400的輸出端。所述第三增益光纖405為保偏雙包層增益光纖、非保偏雙包層增益光纖、螺旋手性結構增益光纖或光子晶體增益光纖。本實用新型的有益效果是:1、本實用新型使激光在光纖增益介質中能量放大同時實現(xiàn)激光頻率的轉換，獲得多個波長的激光輸出。2、本實用新型通過基頻波長的調諧以及傳輸模式的選擇，可獲得參量激光波長的調諧輸出。3、本實用新型將激 光放大器和頻率轉換器的功能合二為一，不僅簡化了多波長激光器的結構，而且大幅降低了激光器的制造成本。4、本實用新型可用于多色激光同步輸出，光學顯微成像，相干反斯托克斯拉曼成像，醫(yī)學檢測等多個應用領域。

圖1為本實用新型的多波長非線性放大系統(tǒng)結構示意圖；圖2為本實用新型的多波長非線性放大系統(tǒng)基頻光放大器和非線性放大器示意圖。圖3為本實用新型實施例一結構示意圖。
以下結合附圖與本實用新型的實施方式作進一步詳細的描述:如圖1所示，一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于:包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源100，所述種子光源100的輸出端連接有用于對光脈沖進行濾波并獲取負啁啾脈沖的負啁啾脈沖選擇器200，所述負啁啾脈沖選擇器200輸出端連接有用于預防大負啁啾脈沖的基頻光預防大器300，所述基頻光預防大器300輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉換參量的非線性光纖放大器400，所述非線性光纖放大器400輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。如上所述，本實用新型提出的的多波長非線性光纖放大系統(tǒng)，即在進行基頻激光(CO1)功率放大的同時，實現(xiàn)激光頻率的轉換，獲得參量激光(ω2)輸出。如圖1所示，多波長非線性光纖放大器由種子光源100、負啁啾脈沖選擇器件200、基頻光預放大器300和非線性光纖放大器400，四部分組成。[0024]所述的多波長非線性光纖放大器內部光路均為光纖和光纖耦合器件相連接，確保了全光纖結構，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。所述的種子光源100為光纖脈沖激光器，其輸出的脈沖經(jīng)過器件200獲取負啁啾脈沖，所述負啁啾脈沖選擇器件200并不局限于特定的光學元件，可為符合激光工作波長要求的光纖啁啾光柵、光子晶體光纖，或者是針對振蕩器輸出具有特殊啁啾分布的脈沖的濾波器件。如圖2所示，所述的基頻光預放大器300，可為單模光纖放大器或者雙包層放大器，目的將負啁啾脈沖選擇器件200輸出的平均功率為毫瓦量級的脈沖放大至數(shù)百毫瓦，待放大激光注入基頻光預放大器300后，通過第二波分復用器302或泵浦合束器將待放大激光與第二泵浦源301合束，共同進入第二增益光纖303中，進行預放大。此光纖放大器的作用是將負啁啾激光的單脈沖能量進行初步提升，以滿足后續(xù)多模光纖放大器對注入光的能量需求。如圖2所示，所述的非線性光纖放大器400為多模光纖放大器，預放大后的激光經(jīng)過第二光隔離器403進行單向隔離，再經(jīng)過泵浦合束器404進入多模放大器中。所述的泵浦合束器可為(2+1) X 1、(6+1) X I或者(η+1)Χ1。合束后的第三泵浦源401與預放大的激光一同注入第三增益光纖405中，可將基頻光(ω i)的平均功率從數(shù)百毫瓦放大到數(shù)十瓦或更高，超過非線性混頻的閾值。光纖纖芯可傳輸多個激光模式，實現(xiàn)不同波長在不同模式中傳輸，并保持相同的群速度，實現(xiàn)多波長脈沖的同時放大輸出。實施例一:如圖3所示，所述的種子光源100包括第一波分復用器102，所述第一波分復用器102復合輸出端順次連接有第一增益光纖103、第一分束器104、偏振控制器105、偏振分束器106和第一光隔離器107 ，所述第一波分復用器102 —輸入端連接有第一泵浦原101，所述第一波分復用器102另一輸入端與第一光隔離器107輸出端連接,所述第一分束器104另一輸出端為種子光源100的輸出端。所述負啁啾脈沖選擇器200包括光纖環(huán)形器202，所述光纖環(huán)形器202輸入端連接有第二分束器201，所述第二分束器201的輸入端與種子光源100的輸出端連接，所述第二分束器201另一輸出端為監(jiān)測端口，所述光纖環(huán)形器202 —輸出端連接有光纖光柵203,所述光纖環(huán)形器202另一輸出端作為負啁啾脈沖選擇器200的輸出端。 所述基頻光預放大器300包括第三波分復用器302，所述第二波分復用器302的輸入端與負啁啾脈沖選擇器200的輸出端連接，所述第二波分復用器302輸入端連接有第二泵浦源301，所述第二波分復用器302輸出端連接有第二增益光纖303，所述第二增益光纖303作為基頻光預放大器300的輸出端。所述非線性光纖放大器400包括泵浦合束器404，所述泵浦合束器404輸入端連接有第二光隔離器403，所述第二光隔離器403的輸入端與基頻光預放大器300的輸出端連接，所述浦合束器404還連接有第三泵浦源401，所述泵浦合束器404的輸出端連接有第三增益光纖405，所述第三增益光纖405輸出端作為非線性光纖放大器400的輸出端。所述第三增益光纖405為保偏雙包層增益光纖、非保偏雙包層增益光纖、螺旋手性結構增益光纖或光子晶體增益光纖。其中，第三泵浦源401并不限制泵浦源的數(shù)量，所述所有第三泵浦(401與泵浦合束器404的泵浦輸入端連接。如上所述，本實施例為一種取代鈦寶石超短脈沖激光器的方案，采用非線性摻鐿光纖放大器，可以實現(xiàn)與鈦寶石輸出波段相同的皮秒或者飛秒脈沖激光輸出，即在大模場摻鐿雙包層光纖中進行基頻激光1036nm ( ω J功率放大的同時，獲得參量激光827nm ( ω2)的輸出，兩種波長的脈沖寬度在皮秒量級。所述的種子光源100為摻鐿光纖激光振蕩器，如圖3所示。其中，第一泵浦源101為單模光纖耦合的半導體激光器，中心波長977nm，作為種子光激光器的泵浦源；第一波分復用器102為980/1040nm的波分復用器；第一增益光纖103為摻鐿單模光纖；第一分束器104為1040nm波段的分束器，分束比為30:70，其中30%端口為輸出端，器輸出端與負啁啾脈沖選擇器200的輸入端連接；偏振控制器105其輸出端用于監(jiān)測激光器的工作狀態(tài)，如鎖模脈沖序列及輸出波長的穩(wěn)定程度；偏振分束器106為1040nm波段的偏振分束器；第一光隔離器107為1040nm波段的偏振無關的光隔離器；第二分束器201為1040nm波段的分束器，分束比為1:99，其中1%端口也為激光器的監(jiān)測端口。所述的負啁啾脈沖選擇裝置200由光纖環(huán)形器202和光纖光柵203組成。其中，光纖環(huán)形器的端口 I為輸入端，端口 2為公共端，端口 3為輸出端；光纖光柵203為1036nm光纖光柵，帶寬lnm。由于激光振蕩器由全正色散光纖器件組成，因此輸出的脈沖的中部基本為線性正啁啾，而在上升沿和下降沿都具有負啁啾。通過適當調節(jié)激光器的輸出光譜，可以獲得所需的負啁啾脈沖種子光。所述的基頻光預放大器300，其中，第二波分復用器302為980/1040nm波分復用器；第二泵浦源301為單模光纖耦合的半導體激光器，中心波長977nm，作為預放大器的泵浦源；第二增益光纖303為摻鐿單模光纖。該預放大器可將種子脈沖的平均功率從2mW提升到IOOmW。所述的非線性光纖放大器400，其中，第三泵浦源401和第四泵浦源402為多模光纖耦合的泵浦源，為多模光纖 非線性放大器提供泵浦能量。第二光隔離器403為高功率光隔離器；泵浦合束器404用于將預放大的輸出激光和第三泵浦源401高功率泵浦光合束；第三增益光纖405為摻鐿雙包層光纖,纖芯/包層直徑為9/128,數(shù)值孔徑為0.21。該光纖的 V 參數(shù)為 5.7，在 1036nm 可傳輸 LPtll、LPtl2、LP11、LP12、LP21、LP31，共六個模式，而在 827nm可傳輸 LPQ1、LP02> LP03> LPn、LP12、LP21 > LP22> LP31 > LP41,共九個模式。高效率的非線性頻率變換需要滿足相位匹配要求。多模光纖中的相位匹配可以依靠模式色散來補償不同波長的材料色散，最終實現(xiàn)總色散相近或相同。該款9/128光纖，LP12模式中1036nm波長的總色散為-271ps/km/nm，LP22模式中827nm波長的總色散為-274nm/km/nm。由于兩波長具有近乎相同的群速度，可以滿足非線性頻率變換的相位匹配要求。本實施例實現(xiàn)了 827nm與1036nm的雙波長激光的同時輸出，依靠模式色散引入的色散差，補償不同波長的材料色散，滿足了相位匹配條件。通過改變注入種子光波長(O1)和選取不同的傳輸模式，可以實現(xiàn)參量光(ω2)的調諧輸出。
權利要求1.一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于:包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源(100)，所述種子光源(100)的輸出端連接有用于對光脈沖進行濾波并獲取負啁啾脈沖的負啁啾脈沖選擇器(200)，所述負啁啾脈沖選擇器(200)輸出端連接有用于預防大負啁啾脈沖的基頻光預防大器(300)，所述基頻光預放大器(300)輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉換參量的非線性光纖放大器(400)，所述非線性光纖放大器(400)輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述的種子光源(100)包括第一波分復用器(102)，所述第一波分復用器(102)復合輸出端順次連接有第一增益光纖(103)、第一分束器(104)、偏振控制器(105)、偏振分束器(106)和第一光隔離器(107)，所述第一波分復用器(102) 一輸入端連接有第一泵浦原(101)，所述第一波分復用器(102)另一輸入端與第一光隔離器(107)輸出端連接,所述第一分束器(104)另一輸出端為種子光源(100)的輸出端。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述負啁啾脈沖選擇器(200)包括光纖環(huán)形器(202)，所述光纖環(huán)形器(202)輸入端連接有第二分束器(201)，所述第二分束器(201)的輸入端與種子光源(100)的輸出端連接，所述第二分束器(201)另一輸出端為監(jiān)測端口，所述光纖環(huán)形器(202 ) 一輸出端連接有光纖光柵(203 )，所述光纖環(huán)形器(202)另一輸出端作為負啁啾脈沖選擇器(200)的輸出端。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述基頻光預放大器(300)包括第二波分復用器(302)，所述第二波分復用器(302)的輸入端與負啁啾脈沖選擇器(200)的輸出端連接，所述第二波分復用器(302)輸入端連接有第二泵浦源(301)，所述第二波分復用器(302)輸出端連接有第二增益光纖(303)，所述第二增益光纖(303)作為基頻光預放大器(300)的輸出端。
5.根據(jù)權利要求4 所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述非線性光纖放大器(400 )包括泵浦合束器(404 )，所述泵浦合束器(404 )輸入端連接有第二光隔離器(403)，所述第二光隔離器(403)的輸入端與基頻光預防大器(300)的輸出端連接，所述浦合束器(404 )還連接有第三泵浦源(401)，所述泵浦合束器(404 )的輸出端連接有第三增益光纖(405),所述第三增益光纖(405)輸出端作為非線性光纖放大器(400)的輸出端。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述第三增益光纖(405)為保偏雙包層增益光纖、非保偏雙包層增益光纖、螺旋手性結構增益光纖或光子晶體增益光纖。
專利摘要本實用新型公開了一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源100，所述種子光源100的輸出端連接有用于對光脈沖進行濾波并獲取負啁啾脈沖的負啁啾脈沖選擇器200，所述負啁啾脈沖選擇器200輸出端連接有用于預防大負啁啾脈沖的基頻光預防大器300，所述基頻光預放大器300輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉換參量的非線性光纖放大器400，所述非線性光纖放大器400輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。本實用新型通過激光基頻波長的調諧以及傳輸模式的選擇，可以實現(xiàn)參量激光波長的調諧，在進行基頻激光功率放大的同時，實現(xiàn)激光頻率的轉換，獲得參量激光輸出。
文檔編號H01S3/10GK203119284SQ20132007177
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權日2013年2月7日
發(fā)明者梁崇智, 曾和平, 郝強 申請人:廣東漢唐量子光電科技有限公司