[发明专利]基于高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤的超连续谱光源

说明书

一种基于高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤的超连续谱光源，包括高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤。通过耦合技术将高功率多模激光引入超多芯高非线性光纤，并生成超连续谱激光。该发明打破了多模激光难于作为泵浦光源直接产生超连续谱的现状，可以实现大功率、宽波段的超连续谱激光。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体指一种基于高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤的超连续谱光源。

背景技术

超连续谱光源是指一种波长覆盖范围极宽的高亮度宽带光源。通常采用高亮度的单模激光泵浦高非线性光纤来产生。之所以采用高亮度的单模激光泵浦源，是由于高非线性光纤通常为小芯径的，其紧凑的模场更易实现高非线性。只有单模激光泵浦源，才可能被顺利耦合到小芯径的高非线性光纤中。

然而，许多应用场景需要高功率或大能量的超连续谱激光，必须采用高功率或大能量的激光来泵浦。例如在远程高光谱雷达探测等领域，不同工作波段的高功率超连续谱光源可以用于探测不同的生物物种，大大促进了生物多样性遥感探测技术的发展。多模激光的功率和能量远大于单模激光，常被用作上述场景的泵浦源。但由于多模激光的光束质量差，因此很难被高效率地耦合到小芯径高非线性光纤中。

公开号为“CN 202995205 U”的中国实用新型专利提出采用多芯光纤来产生高功率超连续谱，其出发点主要是通过多芯结构来提高光纤的损伤阈值，但并未解决高功率多模激光器泵浦生成超连续谱激光的技术难题。

发明内容

本发明提供了一种基于高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤的超连续谱光源，为远程高光谱雷达探测等领域提供了新型光源。

纤芯区域直径与泵浦激光光束横截面存在如下关系即可保证耦合效率，如公式(1)所示：

NA_fiber*D_fiber≈NA*D (1)

上式中NA_fiber表示整个纤芯区域等效数值孔径，可近似于单纤数值孔径代替。通过大幅度增加纤芯数目，可以增加光纤的等效纤芯直径D_fiber。

输出光束的数值孔径一般定义为公式(2)：

NA＝sinθ (2)

上式中θ表示光束的发散半角。

而输出光束的发散半角又可表示为公式(3)：

上式中M²为输出光束的光束质量，λ为泵浦激光器的中心波长，R为输出光束的光束半径。

当高功率多模激光器的中心波长为1064纳米，超多芯高非线性光纤的等效纤芯直径为100微米、NA为0.3时，可由上述公式(1)、(2)、(3)推出泵浦源的光束质量为45。换言之，针对于光束质量如此之差的高功率多模激光器，仍可通过增加超多芯光子晶体光纤的等效纤芯直径来生成超连续谱激光。

本发明采用多模激光器作为泵浦源，其功率和能量远大于单模激光器。超多芯的光纤结构用于增加光子晶体光纤的等效直径，使其与高功率多模激光的大模场相适配。本发明主要利用超多芯光纤对泵浦激光光束质量的高度包容性，直接通过高功率多模激光器，生成了高亮度、大功率、宽波段的超连续谱激光。

本发明的基于高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤的超连续谱光源包括：高功率多模激光器和超多芯高非线性光纤，通过耦合技术将高功率多模激光器的输出光引入超多芯高非线性光纤生成超连续谱激光。

优选地，所述高功率多模泵浦激光器是连续的或脉冲的。