[发明专利]级联光子晶体光纤激光器

说明书

一种级联光子晶体光纤激光器由泵浦源和无焊点级联石英光子晶体光纤串联构成。本发明可对中心波长位于1050nm附近的超快光纤激光器的主要能量进行波长转换，获得在400‑800nm可见光范围内宽带发光的级联光子晶体光纤激光。

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是一种级联光子晶体光纤激光器。

背景技术

超连续谱激光器是利用光纤中的非线性现象制造而成的宽带激光光源。超连续谱的产生是当高功率超快激光通过一段非线性介质(通常是光纤)时，光谱由窄带激光转换为宽带光源的现象。在此宽带光源中，光谱的展宽和新频率成分的产生主要基于光纤的色散和诸如自相位调制、交叉相位调制、四波混频、受激拉曼散射等非线性效应的共同作用。因为产生新光谱成分所需要的条件不容易满足，通过常见的1060nm附近的泵浦光获得可见光波段，尤其是短波蓝紫光范围的超连续谱依然需要特殊设计的光纤和专门的技术。

在H H.Chen等人(参见Laser Phys.Lett.10(2013)085401)报道的实验中，通过对一段现有光子晶体光纤(以下简称为PCF)二次拉伸的方式，获得了具有多个锥形部分的级联光纤，并从中获得包含了蓝紫光的超连续谱。其展宽过程包括三个部分，首先是在一个零色散波长(ZDW)小于1064nm的PCF1中获得窄带超连续谱。第二步注入这个窄带超连续谱到一个具有更短ZDW的经过拉锥的PCF1中获得光谱的进一步展宽。第三步把第二步获得的光注入一个具有不同空气填充率的拉锥的PCF2中，获得短波光谱成分。这种特殊的锥形光纤的制备是在光纤拉制完成之后进行的。通过对PCF的一部分加压、加热和拉伸实现锥部的制作。产生的超连续谱介于352nm到1750nm，但是1000nm以后的光谱包括了比较高的能量，普遍较之可见光范围的光要高出5至10dB。

发明内容

本发明旨在解决可见光范围超连续谱不容易获得，能量利用效率不高的问题，提供一种级联光子晶体光纤激光器，实现光谱范围400nm-800nm的平均功率达到瓦级的超连续谱激光输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种级联光子晶体光纤激光器，其特点在于由泵浦源和无焊点级联石英光子晶体光纤串联构成，所述的泵浦源为1064nm的掺镱皮秒光纤激光器，所述的无焊点级联石英光子晶体光纤是一种基于石英材料且含有空气孔的微结构光纤，该光纤在光的传播方向上具有三段式结构：前级光纤、中间过度光纤和后级光纤，所述的前级光纤具有2～4微米的纤芯尺寸，空气孔的径-间距比为0.3～0.5，所述的后级光纤具有0.85到1微米的亚微米级的纤芯直径，空气孔的径-间距比为0.9～0.95，中间过度光纤成锥形。

所述的无焊点级联石英光子晶体光纤的主体是正三角形排列的空气孔，背景材料是纯石英玻璃，以其中任何一个空气孔为中心，其紧邻的六个空气孔成正六边形排列，所述的空气孔共有九层。

所述的掺镱皮秒光纤激光器和级联石英光子晶体光纤通过商用熔接机，将掺镱皮秒光纤激光器的输出尾纤和级联石英光子晶体光纤直接熔接而成。

本发明的技术效果

本发明可以实现光谱范围400nm-800nm的级联光子晶体光纤激光器。这种级联的石英光子晶体光纤没有焊点。产生的可见光波段光谱可以集中>50％的耦合进入光纤泵浦光功率，是一种高效的波长转换方案。作为泵浦源的1064nm激光器发展成熟，可以在光纤中容易地获得2W以上的耦合功率，故本方案可在可见光范围实现大于1W的功率。

本发明中的两级光谱展宽所利用的机理是：前级光纤利用孤子捕获效应将泵浦光能量移动到短波方向。发生在光纤反常色散区的基于受激拉曼效应的孤子自频移，减缓了孤子的群速度，使得孤子能够和短波长方向的色散波在时域重叠，通过交叉相位调制和四波混频等非线性作用机制，将大部分的泵浦光能量传递给500-700nm之间的色散波，在和孤子自频移的极限范围相匹配的短波长位置形成稳定的脉冲峰。后级光纤利用前级光纤的输入，继续在可见光范围展宽光谱。