[发明专利]一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源

说明书

本发明涉及激光技术与非线性光学领域的超连续谱光源，尤其涉及一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，包括光纤反射镜、紫光半导体激光二极管、合束器、传能光纤；本发明采用紫光半导体激光二极管作为泵浦源直接泵浦传能光纤产生可见光超连续谱，不仅使产生的可见光超连续谱光谱波段纯正，而且系统效率相对常规可见光超连续谱光源而言提高了一倍以上。本发明为全光纤系统，采用半开腔随机光纤激光器结构，系统结构非常简单，成本不到常规可见光超连续谱光源的十分之一，其输出具有可见光光谱波段纯正、光谱平坦度高、系统转换效率高，且可以在瓦量级到千瓦量级大范围高功率输出，推动了可见光超连续谱光源在更大范围的应用。

技术领域

本发明涉及激光技术与非线性光学领域的超连续谱光源，尤其涉及一种基于半导体激光二极管泵浦的纯可见光超连续谱光源，可满足通信、成像、计量、传感、光电对抗等领域的特殊应用需求。

背景技术

超连续谱光源是激光在非线性介质中传输时，在色散和多种非线性效应的综合作用下产生的一种激光光谱被大范围展宽的结果。由于超连续谱光源具有光谱范围宽、亮度高、相干性好等特点，在通信、成像、计量、传感等民用领域以及光电对抗等军事领域均有广阔的应用前景。根据波段范围可以把超连续谱光源分为可见光、近红外、中红外等三个波段，可见光和近红外波段超连续谱光源通常采用硅基光纤(例如光子晶体光纤)作为非线性介质，中红外超连续谱光源通常采用软玻璃光纤(例如氟化物光纤、碲化物光纤以及硫化物光纤等)作为非线性介质。

目前，可见光和近红外波段超连续谱光源通常采用脉冲光纤激光器泵浦光子晶体光纤方案。其中脉冲光纤激光器作为产生超连续谱的泵浦源，光子晶体光纤作为产生超连续谱的非线性介质。光子晶体光纤可以通过改变内部空气孔和孔间距的大小来灵活控制其色散特性，从而实现与脉冲光纤激光器波长匹配，所以是目前可见光和近红外波段超连续谱光源的主要非线性介质。

由于脉冲光纤激光器的波长通常位于1μm附近的近红外波段，当其输出的脉冲激光在光子晶体光纤中传输时，一般是通过非线性效应产生的色散波来产生可见光波段的光谱成分，从而实现可见光超连续谱输出。所以目前大部分可见光超连续谱光源通常包含近红外波段的光谱成分，不是纯正的可见光波段，且其中近红外波段的光谱成分在总功率上的占比还比较高(例如丹麦NKT光子公司型号为EXU-6的超连续谱光源近红外波段的光谱功率占比为80％)。另外，由于光子晶体光纤本身纤芯直径通常较小，限制了其输出超连续谱的功率水平。此外，超连续谱光源中采用的脉冲光纤激光器通常采用915nm或976nm的半导体激光二极管作为脉冲光纤激光器的泵浦源，首先通过泵浦掺镱光纤产生1μm附近的近红外激光，1μm附近的近红外激光再作为下一步产生超连续谱的泵浦源，通过泵浦光子晶体光纤产生超连续谱，所以整个系统存在两次光光转换，系统转换效率较低。因此，目前可见光超连续谱光源存在输出光谱波段不纯正、输出功率较低、系统转换效率较低等问题。

为了产生纯可见光波段的超连续谱光源，研究人员将1.06μm光纤激光器通过倍频得到0.5μm的绿光，再用该绿光泵浦光子晶体光纤产生纯可见光波段的超连续谱(参见中国专利“一种基于绿光光纤激光器泵浦的可见光超连续谱光源”，ZL201410204625.X)。该方案解决了可见光超连续谱光源光谱不纯的问题，缺点是需要将1.06μm的光纤激光进行倍频，倍频会损耗激光一半的功率，也就是说会导致系统转换效率在正常的基础上额外降低50％，且倍频需要用透镜实现激光在倍频晶体和光纤之间的耦合，所以整个系统并非全光纤结构。此外，由于倍频晶体非常容易损伤，所以该方法无法实现高功率可见光超连续谱的输出。