[发明专利]一种片上集成中红外超连续谱光源

说明书

本发明公开了一种片上集成中红外超连续谱光源，特点是包括依次连接的用于产生种子光的泵浦激光产生模块、用于产生高峰值功率超短脉冲的泵浦激光放大模块、用于异质材料波导之间实现高效耦合的波导耦合模块、用于产生2‑5μm中红外SC谱激光的SC谱产生模块，优点是具有成本低、输出光束质量好、带宽宽、结构简单紧凑、便于与其它系统兼容。

技术领域

本发明涉及激光光电子技术领域，尤其是涉及一种片上集成中红外超连续谱光源。

背景技术

光源技术作为一门启迪和引领人类前行的工具，在国民经济的各个领域都有着重要和特殊的地位，它是各种测试、计量仪器的能量源头。因此，光源波段的扩展过程，也是人类视野和测量手段从传统可见领域不断向外延伸的过程。中红外波段（2~5μm）位于人眼可见视觉长波方向，不仅是衰减最小的大气窗口，而且还覆盖了众多原子及分子的吸收峰，是检测仪器领域重要的“指纹”鉴定区，也是高温物体黑体辐射所对应的光波频谱区。因此，中红外波段的激光扩频和仪器检测技术在军事和民用方面具有重要应用。当前测试仪器正不断朝着宽带化、可视化、智能化、自动化和集成化方向发展，开发高质量的中红外光源及仪器成为各国科研人员的研究热点。传统中红外光源如同步辐射光源和热棒，虽然产生的光带宽较宽，但是亮度很差，且相干度极低，严重制约了其应用。激光具有高亮度和高相干度的特点。然而，由于材料的限制，普通激光器无法在中红外波段实现任意波长激光输出。量子级联激光器（QCL）和光学参量振荡器（OPO）具有体积大、系统复杂、价格昂贵且输出带宽小的弊端。

中红外超连续（SC）谱光源不仅具有激光光源高亮度和高相干度的优点，同时兼具有普通光源的宽谱特性，已成为红外波段最具发展潜力的光源。早在2013年，全球中红外的SC谱光源的市场份额已达到了5亿美元，并且借助中红外SC谱光源在国防军事领域和生物、医学、环境等方面应用领域的发展，其市场以20%的年增长率快速发展，预期到达2020年，中红外SC谱光源的市场价值将超过20亿美元。由此可见，中红外SC谱光源具有非常高的市场价值。

集成芯片化是当前中红外SC谱光源发展的重要趋势。近年来，为了迎合万物互联中对特殊气体、有毒试剂、生物细菌及医疗病理等实施在线监测和分析的需求，特别是针对全球面临的工业生产安全事故频发、环境污染加重、公共安全威胁加大等严峻形势，国内外相关研究机构加大了对体积小、功耗低的微型中红外SC谱光源的应用开发。因此，实现片上集成化的中红外SC谱光源具有可观的经济意义和社会意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、输出光束质量好、带宽宽、结构简单紧凑、便于与其它系统兼容的片上集成中红外超连续谱光源。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种片上集成中红外超连续谱光源，包括集成在片上且依次连接的用于产生种子光的泵浦激光产生模块、用于产生高峰值功率超短脉冲的泵浦激光放大模块、用于异质材料波导之间实现高效耦合的波导耦合模块和用于产生2-5μm中红外SC谱激光的SC谱产生模块。

所述的泵浦脉冲激光产生模块结构为为集成在片上且依次首尾相连的用于激光锁模的半导体可饱和吸收镜、用于补偿色散的正色散波导、用于注入泵浦光的第一波分复用器、用于提供放大的第一增益波导和用于输出激光的波导环形镜；所述的第一波分复用器、所述的正色散波导和所述的波导环形镜均采用硅铝酸盐作为波导基质材料；所述的第一增益波导采用硅铝酸盐作为波导基质材料，通过离子交换的方式掺入稀土离子；所述的波导环形镜输出的种子光进入所述的泵浦脉冲激光放大模块，所述的泵浦脉冲激光产生模块采用半导体激光器作为泵浦源。通过调节第一增益光纤、正色散波导和第一波分复用器、波导环形镜等器件的色散和长度，同时优化泵浦光功率，可有效控制锁模输出脉冲的脉宽、重复频率等特征参数，使其适合作为泵浦脉冲激光放大模块的种子光。