[发明专利]基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源

说明书

本发明涉及一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，种子源振荡器输出的种子光依次经过级联预放大系统放大、脉冲宽度控制系统调制种子光单脉冲能量、主放大及压缩系统输出包含种子光及多个拉曼在内的宽波段飞秒光梳、飞秒光梳经过分频及多频段重复频率锁定系统输出各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，并且分频及多频段重复频率锁定系统输出拍频信号进入反馈控制模块，反馈控制模块输出控制信号到种子源振荡器、脉冲宽度控制系统和主放大及脉宽压缩系统实现稳频。利用高功率飞秒光子晶体光纤拉曼增益形成多个波段的飞秒光梳，并通过分频及反馈系统，实现各频率分量的精确锁定。仅一台光梳光源就满足宽波段光梳检测的需要。

技术领域

本发明涉及一种飞秒光梳光源，特别涉及一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源。

背景技术

高灵敏度物质实时检测通常借助激光实现，通常将两束激光脉冲作用于未知物表面，做延时扫描可获得未知物频谱，从而确定未知物组分。不同于化学手段，这种做法的优势在于，基于激光延时扫描的探测手段对未知物无需预处理，可在数分钟内精确定位未知物组分。然而实际过程中，通常存在需要更快速定位未知物组份的情况，比如说大量邮包筛查，海关行李安检，或是爆炸物、危险品检测。上述情景往往需要在更短的时间内实现未知物定位。基于多个飞秒光学频率梳(光梳)的频谱测量便是一种优秀的替代手段，可在更短时间(≤5秒)实现未知物的精确定位。光梳是由一种脉冲宽度在飞秒量级、稳定度高、重复频率可精密控制的光源，其频谱由一系列频率间隔相等光谱线组成，每个频率间隔等于飞秒脉冲激光器的重复频率。基于飞秒光梳的频谱检测系统，只需要扫描光梳中两个相邻脉冲之间的时间间隔，因此只需要数秒表便可实现多种物质的组分测定。因此飞秒光梳在危险品实时检测、医疗快速检验芯片制备、化学品快速识别等方面应用前景广泛。

然而对于一台飞秒光梳物质检测系统，由于其采用光梳作为检测光源，单台飞秒光梳光源输出光谱范围有限(光谱宽度≤50nm)，而光梳物质检测系统只能检测吸收光谱在其光梳光源输出频谱范围内的物质。因此在实际物质检测过程中，往往需要多台输出光谱处于不同频段的飞秒光梳光源联动，获得宽波段输出，为光梳物质检测系统提供光源。各台飞秒光梳光源提供各自输出光谱范围内的物质频谱信息，通过这种方式构成整个物质频谱拼图。因此实际检测过程需要使用多台光梳飞秒光源，成本较高；同时多台飞秒光梳光源必须辅以繁琐的时间锁定技术锁定脉冲时序，必须精密“反馈→同步”多台飞秒光梳光源的重复频率，现有的飞秒光梳反馈同步腔长锁定系统的光路、电路部分复杂，且锁定灵敏度较差。因此，由于不具备多波段可调谐的光梳光源，现有的飞秒光梳频谱检测系统劣势明显。

发明内容

本发明是针对单台飞秒光梳光源输出光谱范围有限的问题，提出了一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，是一种多波段输出、各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，利用高功率飞秒光子晶体光纤拉曼增益形成多个波段的飞秒光梳，并通过分频及反馈系统，实现其所包含的各频率分量的精确锁定，从而构成可用于光梳高速频谱分析的可调谐多波长飞秒光梳光源。

本发明的技术方案为：一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，种子源振荡器输出的种子光依次经过级联预放大系统放大、再经入脉冲宽度控制系统调制种子光单脉冲能量、输出种子光经过主放大及压缩系统输出包含种子光及多个拉曼在内的宽波段飞秒光梳、飞秒光梳经过分频及多频段重复频率锁定系统输出各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，并且分频及多频段重复频率锁定系统输出拍频信号进入反馈控制模块，反馈控制模块输出控制信号到种子源振荡器、脉冲宽度控制系统和主放大及脉宽压缩系统实现稳频。

所述种子源振荡器为饱和吸收体锁模环形腔，泵浦光耦合到波分复用器中,波分复用器输出光依次经过掺镱光纤、压电陶瓷、饱和吸收体、耦合器、光纤隔离器回到波分复用器中，耦合器不接环形腔的另一个端口输出种子光；反馈控制模块输出信号调制振荡器中的掺镱光纤长度，以此调节种子光的重复频率；反馈控制模块输出信号调整压电陶瓷电压以此精密锁定种子光的重复频率。