[发明专利]通过光纤宽带生成中红外相干连续谱

说明书

技术领域

本发明涉及紧凑的高亮度宽带中红外相干光纤光源和示例性应用。

背景技术

高亮度宽带相干光源在医学、光谱学、显微镜学、测距、感测和度量衡学中有很多应用。所述源需要高度强劲(坚固耐用)、具有长期稳定性，并且还包括具有高度光学集成的最少部件数用于大量市场应用。基于频率展宽或在高度非线性光纤的超连续谱产生的宽带光源尤其有用。当结合短脉冲光纤激光器使用时，全光纤系统构造用于超连续谱产生是可能的，这可以产生益处例如大大简化的制造惯例、低成本和高水平的热机械稳定性。

基于光纤的超连续谱源可产生UV到中红外(mid-IR)的光谱输出并且在近几年吸引了大量的研究，参见例如J.M.Dudley等人的“Supercontinuum generation in optical fibers”,Cambridge University Press(2010)。为了达到中红外，例如波长范围在约2.5–10.0μm，可应用软玻璃或重金属氧化物玻璃用于超连续谱产生，如最近由J.H.V.Price等人在“Supercontinuum generation and nonlinearity in soft glass fibers”，在J.M.Dudley等人的“Supercontinuum generation in optical fibers”的第VI章,Cambridge University Press(2010)中所评论的。所述工作在中红外基于光纤的中红外源有可能取代更为广泛接受的光学参量振荡器（OPO）、光学参量放大器（OPA）和光学参量发生器（OPG），并因而引起相当大的兴趣。

基于石英玻璃的高度非线性光纤已经达到了相对高的成熟水平。为了减少对超连续谱产生的脉冲能量要求，具有极小纤芯的高度非线性石英光纤是有益的。例如，基于石英的高度非线性光纤并尤其是光子晶体光纤最近披露于Dong等人的美国专利7,715,672“Ultra high numerical aperture optical fibers”，其中进一步建议了额外使用高度掺锗的中央芯部分以便降低对于超连续谱产生的脉冲能量要求。事实上，采用短脉冲光纤源的基于石英光纤的超连续谱源例如披露于T.Hori的“Studies on Ultrawideband Supercontinuum Generation by Use of Ultrashort Pulse and Optical Fibers”，Ph.D.Thesis,Nagoya University,Japan(2005)。利用短脉冲激光器在波长接近1560nm发射使这些全光纤超连续谱源工作，并且这些全光纤超连续谱源使用在纤芯内部具有高水平的锗浓度的高度非线性石英光纤。所述全光纤源还被示出产生具有高水平的相干性的超连续谱，并用于在W.C.Swann等人的“Fiber-laser frequency combs with subhertz relative bandwidths”,Opt.Lett.,vol.31,pp.3046-3048(2006)中演示超低噪声频梳源。通过在接近1550nm发射的激光源工作的低噪声频梳源可在重复率为50–1000MHz的范围工作。上限一般由所实施的激光源的设计约束控制。下限由机械稳定性考虑因素控制。

仍然存在对低噪声超连续谱源的需求，所述低噪声超连续谱源可工作在重复率>1GHz，尤其在波长接近1550nm。仍然存在对低噪声超连续谱源的需求，所述低噪声超连续谱源可通过工作在波长>1700nm的短脉冲激光源工作并产生延伸至中红外的宽相干光谱覆盖范围。另外，依然存在对基于软玻璃或高度非线性波导的低噪声高度相干超连续谱源的需求。

发明内容