[发明专利]利用高次模光纤的生成的光学连续谱的压缩

说明书

技术领域

本发明涉及从连续谱生成源产生压缩的输出脉冲，并且更详细地，涉及利用高次模(HOM)光纤的一个或多个段以及基于光纤的连续谱生成源来移除积累的光谱相位并且将输出压缩为超短(例如飞秒(fs)，通常是亚皮秒)光学脉冲。

背景技术

在光纤光学领域有各种应用，其中高功率、低噪声的宽带光源(连续谱)具有特别的关注。例如，对于“光谱切分”正在进行努力；即，使用单个光源来生成不同波长的多个信号(即波分复用(WDM)信号)。这样的应用因而具有用单个光源替代许多激光器的潜力。其它应用包括但不限于：频率计量、设备特征化、对于特定光纤的色散测量以及光栅的传输特征的确定。通过具有产生多个不同信号波长的能力的宽带源的可用性，可以大大地改善所有的这些各种诊断工具。

通常，连续谱生成包括将相对高功率激光脉冲投入光学光纤、波导或其它微结构中，其中由于在光纤中的非线性交互作用，激光脉冲列经历明显的光谱加宽。在连续谱生成方面的当前努力(通常在千米长的光纤中使用具有皮秒(10^-12秒)级的时长的光学脉冲执行)不幸地表现出在生成处理中的一致性(coherence)的下降。

具有低色散斜率和小的有效区域的相对新型的掺杂了锗的硅质光纤(这里称为“高非线性光纤”或HNLF)近期已经被开发。尽管HNLF的非线性系数比使用小核芯微结构光纤获得的非线性系数小，由于HNLF的小的有效区域，该系数比标准传输光纤的系数大几倍。使用HNLF和飞秒光纤激光的连续谱生成已经从各种来源报告。一个现有技术装置利用从已经被熔合到一起的、HNLF光纤的多个独立段形成的基于HNLF的连续谱源，每个段具有在光源波长的不同色散值以及在5到15平方微米之间的有效区域。另一种类型的基于HNLF的连续谱源使用后构造处理来修改HNLF的色散值并且进一步延伸生成的连续谱的光谱边界。

对于光谱切分的特定应用，必须移除在连续谱生成处理中积累的光谱相位以实现期望的“超短”(例如fs或亚皮秒)输出脉冲宽度。更详细地，需要色散补偿来抵消在通过HNLF的信号传播中产生的负色散。过去，通过使用块料光学部件(例如棱镜对)来实现该色散补偿。优选地提供“全光纤”解决方案，消除块料光学器件的需要。然而，在短的波长(即比在大约1300nm-1400nm的HNLF的零色散波长短的波长)，退出HNLF的连续谱被负地线性调频(chirp)并且需要正的色散光纤用于再压缩。在短的波长实现光纤中的正色散是困难的，并且通常需要微结构光纤或光子能带隙光纤。然而，这两种光纤都具有相对小的有效区域A_eff(在5-10μm²的级别)，并且作为结果受到非线性的影响。

因而，在本领域需要一种全光纤装置，用于将来自连续谱源的光谱切分的组分压缩到fs级别。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的需求，本发明涉及从连续谱生成源产生压缩的输出脉冲，并且更详细地，涉及利用高次模(HOM)光纤的一个或多个段以及连续谱生成源来移除积累的光谱相位并且将输出压缩为超短(例如fs)脉冲。

根据本发明，HOM光纤段设置在连续谱源的输出处并用于移除至少部分积累的光谱相位(即执行色散补偿，根据在连续谱的生成中积累的相位的特性信号中的色散补偿可以是正的或负的)，因而产生期望的脉冲压缩。HOM光纤展现作为波长的函数的规定色散特征(大小和斜率)，具有例如在规定波长范围上的正色散的区间。输入模式转换器(例如长周期光栅(LPG))设置在HOM光纤的输入处，以将传播模式从连续谱源输出处的基模LP₀₁转换为由HOM光纤支持的高次模(例如LP₀₂)。输入模式转换器还具有规定的操作带宽，在该带宽上提供强模式转换。带通滤波器沿着信号路径设置以移除在优选范围之外的波长组分，该优选范围与HOM光纤期望色散特征和强模式转换的输入模式转换器区域相关联，因而提供色散补偿的压缩输出脉冲。HOM光纤的长度由补偿光学相位和预线性调频(pre-chirp)的线性和非线性源需要的色散补偿量确定。

在本发明的一个实施例中，带通滤波器设置在连续谱源的输出处，将带宽受限的连续谱信号提供给输入模式转换器。在这种情况下，输入模式转换器和HOM光纤的优选操作区域之外的连续谱输出的光谱区间被防止沿着信号路径进一步传播。

在另一个实施例中，带通滤波器设置在HOM光纤的输出处并且用于从输出脉冲流中移除没有经历色散补偿的任何剩余的波长组分，而仅提供色散补偿的压缩输出脉冲。