[发明专利]全光纤波长可调谐超短脉冲激光器

说明书

技术领域

本发明属于光子学、信息科学和生物科学的交叉技术领域，具体涉及一种全光纤波长可调谐超短脉冲激光器，其可广泛应用于各个科研和工业领域，如非线性光学、超快光谱学、生物光学、光化学、微纳加工等。

背景技术

20世纪90年代以来，超短(10^-12-10^-15s)脉冲光源技术飞速发展，光脉冲能量已经达到微焦(10^-6J)量级，脉冲宽度可以窄至几个飞秒(10^-15s)，各类脉冲光源更能覆盖不同的波长范围。超短脉冲光源的发展不仅促使了超快光学的诞生，也大大推动了其它领域的科学研究工作，对人类科学技术的进步产生了深远的影响。超短光脉冲源的可调谐性具有非常大的吸引力。关于可调谐超短光脉冲源的研究工作一直是业界关注的焦点，其中脉冲波长的可调谐性可以使现有波长进行大范围的调节。

脉冲波长可调谐主要利用孤子自频移效应来实现。在色散和非线性的共同作用下，高能量脉冲首先发生了剧烈压缩，频谱宽度迅速增加，随后在脉冲内拉曼自泵浦效应的作用下分裂产生一个或多个孤子脉冲，脉冲的波长随着入射脉冲能量和光纤长度的增加而不断红移，从而实现波长的调谐。基于孤子自频移效应的波长可调谐脉冲光源具有光纤兼容、结构简单、脉冲质量更好等优点。脉冲重复频率的可调谐性主要利用时间透镜系统。时间透镜是能够将连续激光在时域上压缩为短脉冲，类似于啁啾脉冲放大系统，实现光脉冲的压缩或者展宽。波长可调谐的超短脉冲光源已经成为现代科学和生产不可或缺的工具，广泛应用于各个科研和工业领域，如非线性光学、超快光谱学、生物光学、光化学、微纳加工等。

在实际应用中，锁模脉冲激光器是产生短脉冲的主要手段，锁模激光器特定的稀土掺杂光纤。因此，只有很小的重复频率调谐范围和较单一的光谱波段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种全光纤波长可调谐超短脉冲激光器。

本发明采取如下技术方案：一种全光纤波长可调谐超短脉冲激光器，包括掺铒光纤飞秒激光源(1)、掺铒光纤放大器(2)、第一透镜组合(3)、第一大模场直径光纤(4)、第二透镜组合(5)、第一二色镜(6)、掺铥光纤放大器(7)、第三透镜组合(8)、第二大模场直径光纤(9)、第四透镜组合(10)及第二二色镜(11)，掺铒光纤飞秒激光源(1)、掺铒光纤放大器(2)、第一透镜组合(3)、第一大模场直径光纤(4)、第二透镜组合(5)、第一二色镜(6)、掺铥光纤放大器(7)、第三透镜组合(8)、第二大模场直径光纤(9)、第四透镜组合(10)、第二二色镜(11)依次联接。光路均为空间光结构。

优选的，掺铒光纤飞秒激光源(1)可以为加入时间透镜的重复频率可调谐的光纤飞秒激光源，也可选用其他结构的飞秒激光器。

优选的，掺铥光纤放大器(7)选用具有色散控制功能的光纤放大器。

优选的，掺铒光纤放大器(2)选用具有色散控制功能的光纤放大器。

本发明利用孤子自频移效应，根据所需要的频移范围和基阶孤子功率确定光纤参数使基态孤子进入所需调谐范围。光纤根据吸收损耗谱可选择不同参数和不同的介质光纤。

若采用单模光纤作为介质光纤，光的频移量可根据以下公式来计算:

dvdz=1.2904·λ2D(λ)h(τ)τ4(THz/m)]]>

(单位光纤长度的频移量dv/dz与波长λ、色散参数D、拉曼增益函数h(τ)、脉冲宽度τ)