[发明专利]小芯径集束型高非线性光子晶体光纤的高功率频率变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种小芯径集束型高非线性光子晶体光纤的高功率频率变换器，属于激光领域中高功率超连续激光光源技术。 

背景技术

超连续激光源(白光激光器)是一种光谱分布很宽激光光源，由此产生的光谱分辨技术在光通信、生命科学、军事等领域得到了广泛的应用。超连续激光源的核心是频率变换，即将超短脉冲通过非线性介质实现光谱的展宽。用于超连续激光源频率变换的材料主要有三种：液体溶剂、块状介质和光纤[1]。前者由于液体材料在实用中的不方便已经逐渐淡出人们的视野；块状介质(白宝石、玻璃等)的作用长度短，转换效率较低，热效应影响大，一般仅仅作为OPO或时间分辨中的参考光源；光纤又分为两类，一种是普通的色散位移光纤，另一类是光子晶体光纤，由于后者比前者具有更高的高非线性(约2μm小芯径)所以转换效率较高，光谱展宽大且平坦，以及零色散点设计方便，由此成为目前超连续白光源的研究热点[2-4]。 

然而采用单小芯径的光子晶体光纤进行频率变换存在明显的缺点，就是光纤的小芯径(小面积)不能承受较高的入射激光功率，因此使超连续激光源的输出功率较低。这样就导致了一对矛盾，即频率变换需要高非线性，即光纤的小芯径，而承受高入射功率(即高输出功率)则需要大的光纤芯径。 

参考文献 

[1]R.R.Alfano编辑，“超连续激光源”，Springer-Verlag出版社，1989年版。 

[2]M.Yamashita，H.Shigekawa，R.Morita编辑“单周期光子学与光学扫描隧道显微技术”，Springer-Verlag出版社，2005年版。 

[3]胡明列，王清月，栗岩锋，王专，张志刚，柴路，章若冰，“飞秒激光在光子晶体光纤中产生超连续光谱机制的实验研究”，《物理学报》，第53卷，第12期(2004)，页：4243-4247。 

[4]G.Genty，S.Coen，J.M.Dudley，“光纤超连续源(特邀)”，美国光学学会杂志B，2007年，第24卷，第1771-1785页。 

发明内容

本发明旨在提出一种小芯径集束型高非线性光子晶体光纤的高功率频率变换器。该高功率频率变换器具有几十瓦以上的超连续激光输出的能力。 

本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种小芯径集束型高非线性光子晶体光纤的高功率频率变换器，其特征在于，该装置由单台高功率大模场光子晶体光纤锁模激光器或单台高功率固体脉冲激光器或单台高功率半导体脉冲激光器1，非球面准直扩束器或微透镜列阵I 2，小芯径集束型高非线性光子晶体光纤3，非球面聚焦透镜或微透镜列阵II 4和大模场光子晶体光纤5构成，装置中各部件的连接关系为，激光器输出的激光通过非球面准直扩束器或微透镜列阵I，经扩束准直整形或微透镜列阵后耦合进入小芯径集束型高非线性光子晶体光纤，则在各个小芯径中同时进行频率变换，产生多束超连续激光，再经过非球面聚焦透镜或微透镜列阵II将多束超连续激光耦合进大模场光子晶体光纤，并束成为高功率的超连续激光输出。 

本发明的技术方案之二是，一种小芯径集束型高非线性光子晶体光纤的高功率频率变换器，其特征在于，该装置由单台高功率大模场光子晶体光纤锁模激光器或单台高功率固体脉冲激光器或单台半导体脉冲激光器1，非球面准直扩束器或微透镜列阵I 2，小芯径集束型高非线性光子晶体光纤3和大模场光子晶体光纤5构成，装置中各部件的连接关系为，激光器输出的激光通过非球面准直扩束器或微透镜列阵I 2，经扩束准直整形或微透镜列阵后耦合进入小芯径集束型高非线性光子晶体光纤，则在各个小芯径中光纤中同时进行频率变换，产生多束超连续激光，选择的大模场光子晶体光纤的模面积与小芯径集束型光子晶体光纤的有效模场面积相当，小芯径集束型光子晶体光纤与大模场光子晶体光纤用塌陷熔接直接耦合，多束超连续激光并束成为高功率的超连续激光输出。