[发明专利]一种高亮度超宽带中红外超连续谱光源

说明书

一种高亮度超宽带中红外超连续谱光源，沿光路方向依次有飞秒光学参量放大器（OPA）、空间耦合装置、硒化物光纤；飞秒OPA包括飞秒锁模Yb激光器、连续可调谐半导体激光器、1/2波片、双色分束镜、消色差双胶合透镜、温控装置、周期极化铌酸锂晶体、红外透镜、长波通锗滤光片；空间耦合装置包括两片红外透镜和三维调整架；硒化物光纤设于两片红外透镜之间的三维调整架之上，三维调整架用于固定光纤。本发明可获得平均功率大于20mW、光谱范围覆盖2‑12μm、光谱平坦度好的中红外超连续谱输出，亮度比同步辐射中红外光源高2个数量级以上。

技术领域

本发明涉及一种中红外光源，特别是一种高亮度超宽带中红外超连续谱光源，属于激光光电子技术领域。

背景技术

中红外（MIR）超连续谱(SC)光源因具有光谱宽、空间相干性好、亮度高等优点，所以其在分子光谱学、生物医学成像、光学测量、宽带激光雷达等领域都有着极重要的应用。目前常见的宽带中红外光源主要包括热棒、同步辐射光源、和新型量子级联激光器(QCL)。其中，同步辐射光源在1-10μm可产生1016-17 photons/s/mm2/sr/cm-1的亮度，比热棒高2-3个数量级。高信噪比和高空间分辨率的MIR光谱检测仅能使用亮度较高的同步辐射光源，严重限制了普通实验环境下中红外光谱技术的应用。QCL的发展极大提高了MIR波段光源的亮度，典型的QCL可以产生4x1023photons/s/mm2/sr/cm-1的亮度，比同步辐射光源高5个数量级以上。然而，单个QCL的波长调谐范围较小，为了覆盖较宽的光谱范围，需将多个QCL进行组合，导致光源非常复杂且成本极高。相比而言，MIR SC光源可提供无间断宽带光谱覆盖，亮度通常比同步辐射光源高2个数量级以上。因此，高亮度宽带MIR SC光源的产生成为近年来红外光学和非线性光学领域的研究热点。

以短脉冲激光和非线性中红外光纤分别作为抽运源和非线性介质，是产生MIR SC的重要途径。目前，用于产生MIR SC的非线性光纤主要有碲酸盐玻璃光纤、氟化物玻璃光纤和硫系玻璃光纤。由于材料的本征多声子吸收，碲酸盐玻璃光纤和氟化物玻璃光纤的红外截止波长较短，它们仅能分别用于产生小于5μm和小于6μm的MIR SC。硫系玻璃（包括硫化物、硒化物和碲化物玻璃）光纤在长波中红外具有更好的透光性，并且硫系玻璃在非晶材料中具有最高的非线性，非常适合用于产生宽带 MIR SC。2011年，美国海军实验室用2.5μm超快激光泵浦阶跃折射率单模As2S3光纤产生了1.5~5μm 超连续谱。2012年美国斯坦福大学等单位用Er掺杂锁模光纤激光器泵浦锥形As2S3硫系光纤产生了2.2~5μm 超连续谱。2014年，澳大利亚国立大学等单位用光学参量放大器产生的4μm飞秒脉冲泵浦硫系波导获得了2~8μm 超连续谱，2015年，江苏师范大学等单位用光学参量放大器产生的4.1μm飞秒脉冲泵浦硫系光纤获得了2~10μm 超连续谱，平均功率约3mW，是获得的亮度最高的覆盖2~10μm的MIRSC。在实际应用中，通常期望MIR SC光源能够覆盖2-12μm，且平均功率能够达到20mW以上。然而，目前尚未见能够达到此性能的MIR SC光源的报道。

发明内容

针对现有技术难以获得覆盖2-12μm、平均功率大于20mW的中红外超连续谱光源的问题，本发明提供了一种高亮度超宽带中红外超连续谱光源。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：