[发明专利]一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置

说明书

本发明一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，属于光学设备领域。一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，包括脉冲振荡器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；光纤预放大器，用于提升自脉冲振荡器输出的信号光的功率；非线性放大器，用于拓展自光纤预放大器输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；宽带四波混频产生器，用于对自非线性放大器输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。本发明结构紧凑，体积小巧，稳定性高，易于维护，且易于搭建。

技术领域

本发明涉及光学设备领域，特别涉及一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置。

背景技术

高功率超短脉冲光纤激光器由于其MW级的峰值功率和fs级的脉冲宽度，在光学频率梳的产生、非线性光学以及微纳材料精细处理等领域备受青睐。在诸如拉丝等离子体光梳、高次谐波产生以及相干反斯托克斯拉曼散射分辨增强等应用中，对脉冲时域啁啾和脉冲宽度的精密控制显著影响其效果。增益窄化和高阶色散累积是限制光纤激光器脉冲进一步压缩的罪魁祸首。针对业已发展较为长远的掺铒和掺镱光纤激光器而言,尽管其对应掺杂离子的增益光纤辐射谱宽均达到80nm以上，变换极限脉冲宽度可达40fs或以下。但是在实践中，特别是光纤放大器中，增益窄化的作用使得放大器输出激光脉冲光谱远小于增益光纤辐射谱宽，甚至入射种子脉冲光谱宽度，导致对应去啁啾脉冲的脉宽不理想。

为了突破增益窄化效应的限制，研究人员提出了非线性光纤放大技术，通过采用预啁啾补偿技术，将高峰值功率飞秒脉冲耦合入下一级光纤放大器中，由于非线性效应，脉冲光谱展宽，并控制其展宽程度低于拉曼散射阈值，再对光谱展宽后的种子脉冲进行功率放大，获得更窄的高功率去啁啾脉冲。

光纤中频率转换的过程通常是基于光纤的非线性效应，诸如自相位调制、受激拉曼散射、四波混频效应以及光孤子效应。其中，四波混频效应是实现高效率转换、高能量、多波长激光输出的有效手段。四波混频过程涉及三个光子，可简单描述为两个同频光子湮灭，同时产生两个不同频率的新光子，在此参量作用过程中，净能量和动量是守恒的。因此，只有当相位失配几乎为零时，才会发生显著的四波混频过程。这就需要频率和波矢的匹配，可将其描述为：2×ω₁＝ω₂+ω₃(ω₂ω₁ω₃)，特别的，其对应传输常数也应满足2×β₁＝β₂+β₃。光纤中实现相位匹配的可能通常为使泵浦光工作在其零色散或反常群速度色散区，或者通过多模光纤的模式色散补偿光纤的材料色散，使不同频率的激光在光纤中保持近乎相同的群速度。另外，采用更窄脉冲的泵浦激光会在光纤中产生更强的非线性效应，有利于四波混频过程的产生。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，用于实现激光脉冲的光参量转换以及超宽带飞秒脉冲激光输出。

本发明的目的是这样实现的：

一种非线性光纤放大宽带四波混频产生装置，其特征在于，包括依次通过光纤熔接耦合的脉冲振荡器、光纤预放大器、非线性放大器和宽带四波混频产生器；

所述脉冲振荡器为被动锁模光纤激光器，用于产生种子光脉冲并对该种子光脉冲进行分光产生信号光；

所述光纤预放大器为单级或多级光纤放大器，用于提升自脉冲振荡器输出的信号光的功率；

所述非线性放大器包括第一脉冲压缩器和光纤放大器，用于拓展自光纤预放大器输出的信号光的光谱，并提升该信号光的功率，使该信号光突破种子光脉冲的光谱带宽限制；

所述宽带四波混频产生器包括第二脉冲压缩器和高非线性光纤耦合输出模块，用于对自非线性放大器输出的信号光进行色散补偿和预啁啾补偿，并将该信号光耦合入高非线性光纤中以输出飞秒量级的宽带信号光。