的单纤型CARS激发源实现方法
[0037]利用飞秒光纤激光光源提供飞秒级线偏振脉冲光，用作CARS源的斯托克斯光脉冲种子源，其脉宽范围50?200fs，中心波长为1030?1064nm，重复频率1MHz?100MHz，脉冲能量大于lnj。电压控制器输出控制电压，控制由相位延迟器和检偏器构成的电控光功率衰减器的衰减值，实现光功率衰减调节。由光子晶体光纤构成一级调谐器，通过控制注入光功率，利用光子晶体光纤的孤子自频移非线性效应，实现对斯托克斯光脉冲调谐，调谐波长范围10?40nm。脉冲展宽器由单模和多模光纤熔接组成，将斯托克斯光脉冲展宽到30?80ps。980nm泵浦激光器给增益光纤提供泵浦连续光，通过波分复用器将泵浦连续光和一级调谐器输出斯托克斯光脉冲合成一束，输入到增益光纤中进行放大，一级调谐器调谐后的斯托克斯光脉冲经放大后输出脉冲峰值功率在3?20kW。输出光脉冲注入到由光子晶体光纤构成的二级调谐器，利用光子晶体光纤的四波混频作用产生信号光脉冲和闲频光脉冲，信号光脉冲和闲频光脉冲的波长依赖于注入的斯托克斯光脉冲波长，信号光脉冲用作CARS源的泵浦光脉冲，斯托克斯光脉冲波长的小范围调谐将引起信号光脉冲的大范围调谐。斯托克斯光脉冲和信号光脉冲的频差覆盖400?4000CHT1范围的分子振动谱范围。采用滤光器滤除用于滤除二级调谐器的闲频光和泵浦激光器输出的泵浦光后，经输出端口输出两个波长的光脉冲。
[0038]如图2所示，注入NKT公司的LMA-8光子晶体光纤的斯托克斯光脉冲峰值功率3kW时，信号光脉冲和闲频光脉冲的波长随斯托克斯光脉冲波长的变化。
[0039]如图3所示，为斯托克斯光脉冲注入后产生的信号光和闲频光的光谱图。信号光脉冲用作CARS源的泵浦光脉冲，斯托克斯光脉冲波长的小范围调谐将引起信号光脉冲的大范围调谐。斯托克斯光脉冲和信号光脉冲的频差覆盖400?4000cm—1范围的分子振动谱范围。采用滤光器10滤除用于滤除二级调谐器的闲频光和泵浦激光器输出的泵浦光后，经输出端口 11输出CARS激发源两个波长的光脉冲。
[0040]实施实例3:应用举例
[0041]该CARS源输出的信号光脉冲和斯托克斯光脉冲，其中信号光脉冲用作CARS源的泵浦光脉冲。在CARS源的泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲的两束光脉冲作用下，首先激发待测物中的与泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲频差共振的分子振动，使其产生共振，然后产生共振的分子振动将CARS源输出的泵浦光大量转化为反斯托克斯光从而实现对特定分子的探测。通过双级调谐，CARS源的泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲覆盖波数400?4000cm-1的分子振动，从而满足生物化学中对分子振动谱的测量和特定分子的激发成像。
【主权项】
1.一种基于双级非线性调谐的单纤型CARS激发源装置，其特征在于，该装置从输入到输出依序包括飞秒光纤激光光源(I)、电控光功率衰减器(2)、电压控制器(3)、一级调谐器(4)、脉冲展宽器(5)、泵浦激光源(6)、波分复用器(7)、增益光纤(8)、二级调谐器(9)、滤光器(10)和输出端口 (11);其中: 所述飞秒光纤激光光源(I)，用于提供飞秒级线偏振脉冲光，用作CARS源的斯托克斯光脉冲种子源，其脉宽范围50?200fs，中心波长为1020?1080nm，重复频率1MHz?10MHz，脉冲能量大于InJ ； 所述电控光功率衰减器(2)，由相位延迟器和检偏器构成，用于将电压施加到相位延迟器件改变水平偏振和垂直偏振间的相位延迟，使出射光的偏振态发生变化，透过检偏器的功率产生变化，实现光功率衰减调节； 所述电压控制器(3)，用于输出控制电压，控制电控功率衰减器的衰减值； 所述一级调谐器(4)，由光子晶体光纤构成，用于对飞秒脉冲光实现小范围的波长调谐，调谐范围10?40nm ； 所述脉冲展宽器(5)，由单模和多模光纤熔接构成，用于将斯托克斯光脉冲展宽到30 ?80ps ； 所述泵浦激光器出)，采用980nm泵浦激光器，用于给增益光纤提供泵浦连续光； 所述波分复用器(7)，将泵浦连续光和一级调谐器输出斯托克斯光脉冲合成一束，输入到增益光纤中； 增益光纤(8)，采用掺镱光纤，用于放大一级调谐器后的斯托克斯光脉冲，使输出脉冲峰值功率在3?20kW ； 所述二级调谐器(9)，由光子晶体光纤构成，利用光子晶体光纤的四波混频作用调谐；一级调谐器(4)输出并经放大后形成的高峰值功率斯托克斯光脉冲注入光子晶体光纤后，通过四波混频作用产生信号光脉冲和闲频光脉冲；信号光脉冲和闲频光脉冲的波长依赖于注入的斯托克斯光脉冲波长；信号光脉冲用作CARS源的泵浦光脉冲，斯托克斯光脉冲波长的小范围调谐将引起信号光脉冲的大范围调谐；CARS源的泵浦光脉冲和斯托克斯光脉冲的频差覆盖400?4000cm-1范围的分子振动谱范围； 所述滤光器(10)，用于滤除二级调谐器的闲频光脉冲和残余的泵浦激光器输出的泵浦连续光； 输出端口(11)，用于输出的外部光纤接口。
2.如权利要求1所述的一种基于双级非线性调谐的单纤型CARS激发源装置的实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 飞秒光纤激光光源(I)提供飞秒级线偏振脉冲光，用作CARS源的斯托克斯光脉冲种子源，其脉宽范围50?200fs，中心波长为1030?1064nm，重复频率1MHz?100MHz，脉冲能量大于InJ ； 电压控制器(3)输出控制电压，从而控制由相位延迟器和检偏器构成的电控光功率衰减器(2)的衰减值，实现光功率衰减调节； 控制一级调谐器(4)注入光功率，实现对斯托克斯光脉冲调谐，调谐波长范围10?40nm ； 脉冲展宽器(5)将斯托克斯光脉冲展宽到30?80ps ； 泵浦激光器(6)给增益光纤提供泵浦连续光； 由波分复用器(7)将泵浦连续光和一级调谐器输出斯托克斯光脉冲合成一束，输入到增益光纤中进行放大，一级调谐器(4)调谐后的斯托克斯光脉冲经放大后输出脉冲峰值功率在3?20kW ； 输出光脉冲注入到二级调谐器(9)，利用光子晶体光纤的四波混频作用产生信号光脉冲和闲频光脉冲，信号光脉冲和闲频光脉冲的波长依赖于注入的斯托克斯光脉冲波长，信号光脉冲用作CARS源的泵浦光脉冲，斯托克斯光脉冲波长的小范围调谐将引起信号光脉冲的大范围调谐，斯托克斯光脉冲和信号光脉冲的频差覆盖400?4000CHT1范围的分子振动谱范围； 采用滤光器(10)滤除二级调谐器的闲频光和泵浦激光器输出的泵浦光后，经输出端口(11)输出两个波长的光脉冲。
【专利摘要】本发明公开了一种基于双级非线性调谐的单纤型CARS激发源装置与方法，包括飞秒光纤激光光源、电控光功率衰减器、一级调谐器、脉冲展宽器、二级调谐器、泵浦激光器、波分复用器、增益光纤、滤光器和输出端口。飞秒光纤激光光源输出飞秒脉冲作为斯托克斯光脉冲，进入电控光功率衰减器，在一级调谐器中实现功率控制的光脉冲波长调谐，经脉冲展宽器展宽成皮秒脉冲后进入到增益光纤放大，在二级调谐器产生信号光脉冲和闲频光脉冲，信号光脉冲用作CARS源的泵浦光脉冲，滤光器滤除闲频光脉冲和残余的泵浦连续光，输出端口输出。与现有技术相比，本发明采用单纤光路结构和电控调谐，具有结构紧凑、抗干扰、可靠性高和调谐速度快的优点，满足CARS快速成像的需求。
【IPC分类】G01N21-65, G02F1-35
【公开号】CN104834149
【申请号】CN201510178527
【发明人】江俊峰, 刘铁根, 刘琨, 王双, 王辉, 吴航
【申请人】天津大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月15日