[发明专利]一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法

说明书

本发明公开了一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法，该装置包括超短脉冲激光器(1)、电控可调光衰减器(2)、信号发生器(3)、扩束镜(4)、光纤耦合镜(5)、高非线性光子晶体光纤(6)、多模光纤(7)、电控光纤伸缩平台(8)和单模光纤(9)；该装置利用基于飞秒脉冲在高非线性光子晶体光纤中传输时的孤子自频移效应产生波长可大范围连续调谐的光孤子，使用多模‑单模光纤级联结构实现基于自成像效应的孤子光谱压缩，从而实现波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲输出。本发明具有超短脉冲波长调谐范围大、波长可连续调谐、超短脉冲光谱线宽窄、输出光谱单一的优点，并且便于与其他光纤应用系统集成。

技术领域

本发明涉及非线性光学和光纤光学领域，特别涉及一种窄线宽超短脉冲产生装置和方法。

背景技术

随着光学技术的不断发展，超短脉冲(脉宽小于100ps)自出现以来，便由于其特有的高瞬时功率、低持续时间、低平均功率等优点而在非线性光学、生物医学、拉曼检测以及激光加工等领域取得重要应用。然而，传统钛宝石飞秒激光器波长调谐范围较小，仅有几十纳米，限制了超短脉冲的广泛应用。例如，在相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术中，为了检测3000cm^-1以上的拉曼共振峰，需要超短脉冲的波长调谐范围在300nm以上，并且要求超短脉冲波长可以在如此大范围内连续调谐以实现拉曼共振谱的完整检测。此外，为了实现CARS中拉曼共振谱的高分辨率检测，需要使用窄线宽的超短脉冲作为泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲。所以，窄线宽、波长大范围调谐的超短脉冲在CARS中具有重要的应用价值，从而成为人们的研究热点。

发明内容

为克服现有窄线宽超短脉冲波长调谐范围小的问题，本发明提出了一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法，基于飞秒脉冲在高非线性光子晶体光纤中传输时的孤子自频移效应产生波长可以大范围连续调谐的光孤子，使用多模-单模光纤级联结构实现基于自成像效应的孤子光谱压缩，从而实现系统的波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲输出。

本发明提出的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置，包括超短脉冲激光器1、电控可调光衰减器2、信号发生器3、扩束镜4、光纤耦合镜5、高非线性光子晶体光纤6、多模光纤7、电控光纤伸缩平台8和单模光纤9，所述超短脉冲激光器1、所述电控可调光衰减器2、所述扩束镜4、所述光纤耦合镜5、所述高非线性光子晶体光纤6、所述多模光纤7、和所述单模光纤9依序连接，所述多模光纤7至于所述电控光纤伸缩平台8上，并可以随所述电控光纤伸缩平台8的伸缩变化而改变光纤长度，所述信号发生器3跨接所述电控可调光衰减器2和所述电控光纤伸缩平台8，其中：

所述超短脉冲激光器1输出单频飞秒脉冲，经所述电控可调光衰减器2传输后入射至所述扩束镜4，所述电控可调光衰减器2由所述信号发生器3输出的电信号进行控制，从而实现入射至所述扩束镜4的飞秒脉冲光功率的连续调节；

所述扩束镜4输出的飞秒脉冲经所述光纤耦合镜5进入所述高非线性光子晶体光纤6；飞秒脉冲在所述高非线性光子晶体光纤6中传输时发生孤子自频移效应，产生波长向长波长方向移动的光孤子，并且其波长偏移量随入射飞秒脉冲光功率的增加而增加；所述高非线性光子晶体光纤6将光孤子输出至所述多模光纤7；所述多模光纤7中的一段固定于所述电控光纤伸缩平台8上，所述信号发生器3通过电信号调节所述电控光纤伸缩平台8，进而改变固定于所述电控光纤伸缩平台8上的多模光纤7长度；所述多模光纤7将光束输出至单模光纤9；经单模光纤9输出的光束即为波长可大范围调谐的窄线宽超短脉冲。

本发明提出的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生方法，主要包括如下步骤：

第一步：超短脉冲激光器输出的单频飞秒脉冲入射至电控可调光衰减器，电控可调光衰减器通过外部电信号连续调节输出的飞秒脉冲的光功率，其中用于调节的外部电信号由信号发生器产生；