[发明专利]一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置和方法

权利要求书

1.一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置，其特征在于，该装置包括超短脉冲激光器(1)、电控可调光衰减器(2)、信号发生器(3)、扩束镜(4)、光纤耦合镜(5)、高非线性光子晶体光纤(6)、多模光纤(7)、电控光纤伸缩平台(8)和单模光纤(9)，所述超短脉冲激光器(1)、所述电控可调光衰减器(2)、所述扩束镜(4)、所述光纤耦合镜(5)、所述高非线性光子晶体光纤(6)、所述多模光纤(7)、所述电控光纤伸缩平台(8)和所述单模光纤(9)依序连接，所述信号发生器(3)分别连接所述电控可调光衰减器(2)、所述电控光纤伸缩平台(8)，其中：

所述超短脉冲激光器(1)输出单频飞秒脉冲，经所述电控可调光衰减器(2)传输后入射至所述扩束镜(4)，所述电控可调光衰减器(2)由所述信号发生器(3)输出的电信号进行控制，从而实现入射至所述扩束镜(4)的飞秒脉冲光功率的连续调节；

所述扩束镜(4)输出的飞秒脉冲经所述光纤耦合镜(5)进入所述高非线性光子晶体光纤(6)；飞秒脉冲在所述高非线性光子晶体光纤(6)中传输时发生孤子自频移效应，产生波长向长波长方向移动的光孤子，并且其波长偏移量随入射飞秒脉冲光功率的增加而增加；所述高非线性光子晶体光纤(6)将光孤子输出至所述多模光纤(7)；所述多模光纤(7)中的一段固定于所述电控光纤伸缩平台(8)上，所述信号发生器(3)通过电信号调节所述电控光纤伸缩平台(8)，进而改变固定于所述电控光纤伸缩平台(8)上的多模光纤(7)长度；所述多模光纤(7)将光束输出至单模光纤(9)；经单模光纤(9)输出的光束即为波长可大范围调谐的窄线宽超短脉冲。

2.利用如权利要求1所述的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生装置实现的一种波长大范围调谐的窄线宽超短脉冲产生方法，主要包括如下步骤：

第一步：超短脉冲激光器输出的单频飞秒脉冲入射至电控可调光衰减器，电控可调光衰减器通过外部电信号连续调节输出的飞秒脉冲的光功率，其中用于调节的外部电信号由信号发生器产生；

第二步：经电控可调光衰减器输出的功率可变飞秒脉冲经扩束镜扩束输出、入射至光纤耦合镜，飞秒脉冲经光纤耦合镜实现光束的会聚并耦合进高非线性光子晶体光纤；扩束镜进行空间传输的飞秒脉冲光束直径扩大，使其充满光纤耦合镜的入射光瞳，从而实现经光纤耦合镜聚焦的飞秒脉冲高效耦合至高非线性光子晶体光纤；

第三步：飞秒脉冲在高非线性光子晶体光纤中传输时，产生波长向长波长方向移动的光孤子，光孤子的波长随入射至高非线性光子晶体光纤的飞秒脉冲光功率的增加而增加；且由高非线性光子晶体光纤反常色散区的波长范围决定超短脉冲波长调谐范围；

第四步：高非线性光子晶体光纤的输出端直接与多模光纤相连接，经高非线性光子晶体光纤输出、并且经多模光纤透射传输的光束直接进入单模光纤；光束在多模光纤中传输时激发多模光纤中的高阶导模，并且高阶导模之间相互干涉，在多模光纤特定的周期性位置处会重复入射光场的像，即发生自成像现象；使多模光纤长度为透射传输超短脉冲中心波长所对应的自成像周期的整数倍，从而使得经多模光纤传输的超短脉冲中心波长部分在多模光纤出射端面处会聚，进而耦合进单模光纤的纤芯中，而超短脉冲中心波长周围的其他波长的部分光束则耦合进单模光纤的包层部中，从而迅速地损耗掉；利用多模和单模光纤级联结构对超短脉冲光谱实现选择性传输，实现超短脉冲光谱线宽的压缩；

第五步：电控光纤伸缩平台由信号发生器产生的电信号控制多模光纤长度的伸缩量，使得多模-单模光纤级联结构的透射波长发生改变，实现多模-单模光纤级联结构输出的窄线宽光谱中心波长的电控调谐；

第六步：由信号发生器控制电控可调光衰减器改变入射至高非线性光子晶体光纤的飞秒脉冲光功率，进而改变高非线性光子晶体光纤输出的光孤子波长；电控光纤伸缩平台通过改变多模光纤长度实现多模-单模光纤级联结构输出的超短脉冲波长调谐以及光谱线宽压缩；信号发生器同时控制电控可调光衰减器和电控光纤伸缩平台使两者相互配合，每一个电控可调光衰减器的衰减量对应于一个电控光纤伸缩平台的伸缩量，实现高非线性光子晶体光纤输出光孤子波长调谐以及多模-单模光纤结构透射滤波中心波长随光孤子中心波长的变化；多模-单模光纤结构对光孤子中心波长进行光谱滤波的同时，消除高非线性光子晶体光纤输出光束中残余泵浦飞秒脉冲的影响；

从而实现了超短脉冲波长的大范围连续调谐以及对应波长超短脉冲光谱线宽的压缩。