[发明专利]高功率双光梳光谱仪系统

说明书

本发明涉及一种高功率双光梳光谱系统，而且还涉及了一种高功率双光梳光谱仪的种子源系统，用于实现本发明的双光梳系统。本发明的双光梳光谱系统包括双波长锁模脉冲种子源1，信号光波分复用器2，第一光纤放大器3、第二光纤放大器4，第一压缩器5以及第二压缩器6。其中，双波长锁模脉冲种子源，波分复用器，第一放大器3、第二放大器4为全保偏光纤链路搭建，保障系统稳定性及可靠性，免疫外界环境扰动。第一压缩器5以及第二压缩器6为采用空间光栅对、棱镜对或棱栅对搭建的典型脉冲压缩装置。本发明实现了一种高平均功率、高峰值功率的飞秒光纤双光梳光谱仪系统以及一种结构简单、长期稳定可靠、免疫环境干扰、可复制的双光梳种子源；本发明可实现全保偏全光纤结构，环境稳定性好，可满足实验室外环境作业需求。

技术领域

本发明属于激光以及激光探测领域，具体属于一种结构简单，稳定可靠，易于操作使用的全光纤高功率双光梳光谱仪系统。

背景技术

双光梳光谱仪是一种能够实现实时快速、高精度探测的光谱分辨技术。基于两台具有微小频率差的光学频率梳，探测过程中，其中一台信号光梳穿过样品池，并保留了样品对其的吸收和相位影响信息，另一台光梳信号作为干涉光。利用两台光梳输出激光的干涉就可以恢复出样品的相关信息。双光梳光谱技术已经在诸如航空发动机燃烧场监测(201910988351.0)，水下干涉测距(201810601290.3)，三维形貌测量(201810726961.9)以及病理切片无损监测(201710772396.5)等领域实现应用。

但是，传统的双光梳系统依赖两台独立的光学频率梳实现，他们的频率和相位抖动是独立地，极大地降低了二者的相干性。为了提高双光梳系统的稳定性和精确性，必须将两台光梳分别精确锁定，并具有一定的频率差，导致每台光梳都需要复杂的信号处理和电路伺服系统。因此，双光梳系统被局限在实验室，而且只有专业人士能够操控，极大地限制了其推广应用。

近年来，双波长锁模脉冲激光器的出现引起研究人员的重点关注。双波长锁模激光器可以实现不同波长锁模脉冲的同时产生，由于两个波长的锁模脉冲起源于同一个谐振腔，二者具有天生的相干性；而且，由于不同波长的脉冲在腔内运行时，折射率差导致二者重复频率也略有差异。将其作为双光梳的种子源，可以极大地简化系统。但是，相关研究报道主要集中在掺铒光纤激光器的工作波段(1550nm)，以及基于单模光纤实现的非保偏装置。激光器的高功率可拓展性和长期稳定性、可靠性还有待进一步提高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可实现高功率输出的双光梳光谱仪系统。目的之一是实现一种可输出高平均功率、高峰值功率的飞秒光纤双光梳光谱仪；另一个目的提供一种全保偏、全光纤结构，耗散孤子输出的双波长锁模激光器，其主要应用之一是作为双光梳光谱仪的种子源。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是

一种高功率双光梳光谱仪系统，所述系统包括双波长锁模脉冲种子源1，信号光波分复用器2，第一光纤放大器3、第二光纤放大器4，第一压缩器5以及第二压缩器6。其中，双波长锁模脉冲种子源1，波分复用器2，第一光纤放大器3、第二光纤放大器4为全保偏光纤链路搭建，保障系统稳定性及可靠性，免疫外界环境扰动。第一压缩器5以及第二压缩器6为采用空间光栅对、棱镜对或棱栅对搭建的典型脉冲压缩装置。

所述的双波长锁模脉冲种子源1包括半导体泵浦二极管LD，泵浦波分复用器，增益光纤，相移器，输出耦合器，中央分束器，角度熔接点以及带尾纤的光纤反射镜。各个光纤器件依次首尾熔接，构成谐振腔链路。

所述的信号光波分复用器2为保偏光纤分束器，用于将种子源输出的双波长锁模脉冲按中心波长分束，使两个波长的锁模脉冲在空间上分束，分别用作双光梳系统的信号光和干涉光；

所述的光纤放大器包括光隔离器、波分复用器、增益光纤；所述光纤放大器为单级或多级的级联放大器结构，依目标输出功率而定，所述增益光纤为纤芯掺杂稀土离子的波导介质，可以但不局限于镱、铒、铥、钕等稀土离子。