[发明专利]基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置及产生方法

说明书

本发明公开了一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源装置及产生方法，由光纤激光器产生飞秒脉冲，经液晶延迟器和偏振分束棱镜后实现功率可调并分束，一束经光子晶体光纤产生多个光孤子，再依次GI‑MMF与SMF进行啁啾谱压缩，压缩后的各个光孤子通过环行器与光纤光栅被依次滤出；另一束飞秒脉冲作为泵浦光，耦合进GI‑MMF与SMF中进行啁啾谱压缩后经光纤分束器分束，形成多个泵浦光，再电控调节多个光纤延迟线同时实现泵浦光与各个光孤子的脉冲同步，最后分别合束输出，构成多点输出的CARS激发源。该发明能够实现了多孤子的同步扫描，可同时探测多个CARS信号，大大提高了CARS信号探测的效率，且结构紧凑、环境抗干扰性强，可服务于CARS显微成像领域。

技术领域

本发明涉及非线性光学领域，特别是涉及一种多点输出CARS激发源装置及方法。

背景技术

相干反斯托克斯拉曼散射(Coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS)技术在利用非线性光学四波混频来探测分子的拉曼振动谱时，通常利用泵浦和斯托克斯两束光来激发样品。当泵浦光和斯托克斯光的频差等于样品的化学键振动频率、且满足相位匹配条件时，将激发出反斯托克斯光，这就是CARS显微成像技术所需要探测的CARS信号。但作为传统的CARS信号的基于固体激光器的空间光学型CARS激发源装置，其体积庞大、稳定性差、价格昂贵且需要专人维护，这些存在的问题限制了推广应用。

另一种CARS信号即光纤型CARS激发源则具有稳定可靠、免调整且易集成的特性，很好地解决了上述问题，成为近年来CARS激发源的研究热点。研究者们利用脉冲在光纤中产生的非线性效应，向光子晶体光纤(PCF)中注入超短脉冲进行频率转换，以得到合适的斯托克斯光。这些频率转换机制包括孤子自频移、超连续谱以及四波混频。其中，基于孤子自频移的光纤CARS激发源技术在CARS显微成像领域应用广泛。但随着输入光功率的增大，会产生多阶光孤子。这些光孤子一起入射到样品上，会影响CARS信号的产生，并且降低成像质量，所以在现有的CARS激发源系统中，通常只用基阶孤子作为斯托克斯光脉冲，而将其余各阶光孤子滤掉，这样只能实时探测到一个CARS信号，使得实时探测范围有限，且功率损耗大，忽视了其余各阶光孤子的作用。

发明内容

本发明提出了基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源生成装置及产生方法，实现了3个不同CARS信号的同步探测；而且由液晶延迟器、偏振分束棱镜以及电控系统组成了功率调谐部分，使得输入到PCF中的功率可调，从而使得光孤子波长可调，实现了各个孤子的光谱扫描。

本发明的一种基于多孤子同步扫描的多点输出CARS激发源生成装置，该装置包括飞秒光纤激光器(1)、液晶延迟器(2)、偏振分光棱镜(3)、第一、第二耦合镜(41)(42)、光子晶体光纤(5)、第一、第二折射率渐变多模光纤(61)(62)、第一、第二单模光纤(71)(72)、滤波部分、光纤1×3分束器(11)、第一、第二、第三光纤延迟线(121)(122)(123)、第一、第二、第三合束器(131)(132)(133)、电控系统(14)和第一、第二、第三输出端口(151)(152)(153)；所述滤波部分由第一、第二光纤环行器(81)(82)、第一、第二啁啾光纤光栅(91)(92)以及长周期光纤光栅(10)构成，其中：