一种基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置制造方法
【专利摘要】一种基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置，包括激光二极管、隔离器、填充氦气的kagome光纤、两个半波片、偏振分光棱镜以及单通道光栅压缩器。激光二极管发出ps量级高功率脉冲通过隔离器注入填充氦气的kagome光纤，由于填充了氦气的kagome光纤具有特殊的光学性能，其损耗阈值较高，因此高功率的脉冲可在kagome光纤中传输而不损坏kagome光纤，kagome光纤输出的高功率脉冲进入到第一个半波片，然后通过偏振分光棱镜反射后进入第二个半波片，最后注入单通道的光栅压缩器压缩，实现高功率ps量级脉冲的压缩。实验中我们将宽度为1ps的脉冲压缩到480fs以下，压缩后的脉冲能量为1μJ，平均输出功率为10.2W，峰值功率为1.7MW。
【专利说明】—种基于填充氦气的kagome光纤的局功率脉冲压缩装置
【技术领域】
[0001]本发明属于通信领域，它是一种基于限制纤芯模式与包层模式耦合的kagome光纤装置，特别是涉及一种填充了氦气的kagome光纤作为传输介质，实现对激光二极管发出的高功率脉冲进行压缩的装置。
【背景技术】
[0002]超短脉冲在光通信领域中应用广泛，将ps量级的脉冲压缩到fs量级一直是研究人员关注的焦点。T.SUdmeyer等人通过使用大模场面积实心光子晶体光纤在高功率下实现脉冲的压缩，从激光二极管中发出的宽度为760fs的脉冲被压缩到24fs，压缩后脉冲的平均功率为32W，压缩总效率为50%。C.J.Saraceno等人通过使用实心光子晶体光纤放大器实现高功率激光脉冲的压缩，脉冲宽度可以被压缩到35fs，脉冲能量超过3PJ。这两种压缩装置对MJ级的激光脉冲的压缩是有效的。然而，由于标准熔融硅实心光纤的自聚焦效应，峰值功率超过4MW脉冲就不能直接使用这种光纤压缩装置。所以，要实现对性能最好的激光二极管发出的脉冲能量为30μL、峰值功率为25MW的脉冲的压缩就需要找到另外的压缩装置。最近，S.Kidrich等人通过一个光纤放大器装置将脉冲宽度压缩到了 35fs，脉冲能量为380μL。由于这个装置中毛细血管的传导模式功率损耗很大，所以该技术不能用于模场直径小的光纤中。因此，这种装置只适用于脉冲能量在几百KJ及以上的情况。
[0003]近年来，由于kagome光纤的出现，在脉冲压缩这个研究方向取得了一些新的突破。Kagome光纤具有独特的光学性能，这种光纤仅有不完整的光子带隙，且与空气线不相交，但光仍可以在光纤中传输，同时具有宽通频带和较低的损耗，能满足长波导光或宽带导光的应用需求，可以避免光子带隙型光子晶体光纤传输带宽窄、基模与界面模交替光泄漏等缺陷，在高能量激光传输领域具有潜在的应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是基于实心光子晶体光纤的压缩装置损耗阈值低、光纤中传导模式叠加严重以及脉冲的功率损耗大等问题，提供一种新的高功率脉冲压缩装置，使得激光二极管发出的高功率脉冲可以在kagome光纤中传输后注入单通道的光栅压缩器进行压缩，最终从激光二极管中发出的Ps量级脉冲被压缩到fs量级。
[0005]本发明利用了填充氦气的kagome光纤的损耗阈值高、传输带宽宽、损耗低、色散小，相对于一些传统的脉冲压缩装置(如:基于大模场面积实心光子晶体光纤在高功率下实现脉冲的压缩)，基于kagome光纤的脉冲压缩装置具有压缩脉冲的平均功率高、脉冲质量好、结构紧凑、体积小等特点，得到研究人员的关注。
[0006]氦气(Helium gas)，与空气相比有更低的非线性折射率，同时可以补偿波导的线性色散。填充在kagome光纤中的氦气还可以作为冷却剂，使得激光二极管输出的平均功率较高的脉冲仍然可以在kagome光纤中传输而不损坏光纤,提高了 kagome光纤的损耗阈值。
[0007]本发明的技术方案: 一种基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置，包括激光二极管、隔离器、填充氦气的kagome光纤、两个半波片、偏振分光棱镜以及单通道光栅压缩器。所述的激光二极管发出的高能量脉冲通过隔离器之后注入填充氦气的kagome光纤，然后依次通过第一个半波片、偏振分光棱镜及第二个半波片之后进入单通道光栅压缩器。
[0008]所述的填充氦气的kagome光纤是将两个橡胶气室分别套在kagome光纤的两个端面，一个气室用来抽出kagome光纤中的空气，另一个气室中装满氦气，挤压气室将氦气完全注入kagome光纤。
[0009]所述的半波片是将从kagome光纤中输出的高功率脉冲的偏振方向改变成与之前脉冲偏振方向正交。
[0010]所述的偏振分光棱镜是由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有具有偏振分光作用的二氧化硅薄膜，其作用是将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光。
[0011]本发明装置工作原理如下所述:
激光二极管发出的高功率的激光脉冲通过隔离器注入kagome光纤，由于kagome光纤具有独特的光学性能，可以抑制光纤包层中高阶模式和纤芯模式的耦合，因此降低了脉冲的传输损耗。kagome光纤中填充的氦气可以补偿波导色散，同时氦气也可以作为冷却剂，因此提高了 kagome光纤的损耗阈值,使得kagome光纤能够传输高能量的脉冲。
[0012]kagome光纤中输出的光脉冲通过第一个半波片后注入偏振分光棱镜将非偏振光脉冲变成线偏振光脉冲，其中P偏振光完全通过，S偏振光成45°角被反射。脉冲经过第二个半波片注入单通道光栅压缩器，通过光栅压缩器之后，激光二极管发出的高功率ps量级的脉冲就能够被压缩到fs量级。
[0013]本发明的优点和有益效果:
本发明使用了填充氦气的kagome光纤，氦气在脉冲传输过程中可以作为冷却剂，提高了 kagome光纤的损耗阈值。实验中我们将宽度为Ips的脉冲压缩到480fs以下，压缩后的脉冲能量为1KJ，平均输出功率为10.2W，峰值功率为1.7MW。这样的压缩装置在光通信领域具有潜在的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置的结构示意图；
图中:1.激光二极管，2.隔离器,3.kagome光纤,4.半波片,5.偏振分光棱镜,6.单通道光栅压缩器，7.光谱仪。
【具体实施方式】
[0015]为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0016]实施例1
如图1所示，本发明提供基于kagome光纤的高功率脉冲压缩装置，包括激光二极管1、隔离器2、kagome光纤3、两个半波片4、偏振分光棱镜5、单通道光栅压缩器6。激光二极管I发出的ps量级的脉冲经过隔离器2注入到填充了氦气的kagome光纤3，装置中使用的kagome光纤长30cm,如果使用很长的kagome光纤,将会导致很强的非线性效应,大大增加光传输损耗；模场直径为25 Mm,如果模场直径过大,将不可能实现单模传输,传输的功率将会大大减少。填充氦气的kagome光纤3损耗阈值较高，因此高功率脉冲可以在kagome光纤3中传输而不损坏光纤，kagome光纤3输出的脉冲进入到第一个半波片4，然后通过偏振分光棱镜5反射后进入第二个半波片4，最后注入单通道的光栅压缩器6，被压缩后的脉冲波形最终在光谱仪7上显示。填充氦气的kagome光纤3结构是将两个橡胶气室分别套在kagome光纤3的两个端面,一个气室用来抽出kagome光纤3中的空气，另一个气室中装满氦气，挤压气室将氦气注入kagome光纤3。半波片4是将从kagome光纤3中输出的高功率脉冲的偏振方向改变成与之前脉冲偏振方向正交。偏振分光棱镜5是由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有偏振分光介质膜，其作用是将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光。
[0017]激光二极管I发出的高功率的激光脉冲通过隔离器注入kagome光纤3，kagome光纤3具有独特的光学性能，可以抑制光纤包层中高阶模式和纤芯模式的耦合，因此降低了脉冲的传输损耗。kagome光纤3中填充的氦气可以补偿波导色散，同时氦气也可以作为冷却剂，因此提高了 kagome光纤3的损耗阈值,使得kagome光纤3能够传输高能量的脉冲。
[0018]kagome光纤3中输出的光脉冲通过第一个半波片4后注入偏振分光棱镜5将非偏振光脉冲变成线偏振光脉冲,其中P偏振光完全通过,S偏振光成45°角被反射。脉冲经过第二个半波片4注入单通道光栅压缩器6，通过光栅压缩器6之后，使得激光二极管I发出的宽度为Ips的脉冲被压缩到480fs以下，压缩后的脉冲能量为1KJ，平均输出功率为10.2W,峰值功率为1.7WL
[0019]kagome光纤3的损耗阈值高、传输带宽宽、损耗低以及色散小,氦气一方面可以用来补偿波导的色散，一方面还可以作为冷却剂，使得填充了氦气的kagome光纤3的损耗阈值进一步提闻，可以传输闻功率的脉冲，最终实现闻功率脉冲的压缩。
【权利要求】
1.一种基于填充氦气的kagome光纤的高功率脉冲压缩装置，包括激光二极管、隔离器、填充氦气的kagome光纤、两个半波片、偏振分光棱镜、单通道的光栅压缩器；所述的激光二极管发出的高能量脉冲通过隔离器之后注入填充氦气的kagome光纤，然后依次经过第一个半波片、偏振分光棱镜及第二个半波片之后进入单通道光栅压缩器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述填充氦气的kagome光纤是将两个橡胶气室分别套在kagome光纤的两个端面,一个气室用来抽出kagome光纤中的空气，另一个气室中装满氦气，挤压气室将氦气注入kagome光纤。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述填充氦气的kagome光纤长30cm；模场直径为25 Mm。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于所述的第一个半波片是将从kagome光纤中输出的高功率脉冲的偏振方向改变成与之前脉冲偏振方向正交；所述的第二个半波片是将经偏振分光棱镜反射之后，使得透射过偏振分光棱镜的脉冲的偏振方向改变成与之前脉冲偏振方向正交。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的偏振分光棱镜是由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜面上镀有偏振分光介质膜，其作用是将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光。
【文档编号】G02B27/44GK104035205SQ201410267697
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】苗银萍, 何勇, 宋彬彬, 张昊, 蔺际超, 吴继旋, 张楷亮, 刘波 申请人:天津理工大学