宽频带超连续光发射器件及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及宽频带光发射器件，该器件包括非线性光纤，当通过激光脉冲激励其 非线性效应时，该非线性光纤产生和发射超连续光，更具体地说，涉及器件，其中的所述激 光脉冲在性质上是混沌的，且该器件以随时间随机分布的光脉冲的形式发射超连续光。
[0002] 本发明也涉及所提出器件对于多种应用的一系列用途。
【背景技术】
[0003] 现有技术中一些宽频带超连续光发射器件是公知的，其中一些将在下面提到。
[0004] 市售的超连续光源是基于根据激光腔模式的相位同步机制工作的皮秒激光器，通 常被称为"锁模"，其激发非线性光子晶体纤维。锁模激光技术是昂贵的，因此，功率大于1 瓦的超连续光源的成本大约为40000欧元。这些光源具有两个重要特性：一方面，它们构成 用于光谱的卤素灯的可替代物，另一方面，它们利用时间分辨率产生适用于测量学和光谱 学的相干频率梳。
[0005] 其它的超连续光源用作在开关光腔的Q因数的机制中工作的激励系统或光纤激 光器系统，通常称为"Q-开关"，其包括由泵浦源连续泵浦的掺杂的光纤增益介质，并提供比 锁模激光器所产生的具有更高的脉冲能量和更久的脉冲持续时间的激光脉冲。
[0006] 锁模激光器和Q-开关激光器都要求一些类型的频幅、相位或频率调制器，无论是 有源的或是无源的。
[0007] 专利文件No. CN102130413描述了基于多组分掺杂的二氧化硅光纤的全光纤类型 的连续激光源。这一文件并未指出所用光纤是非线性的。作者立足于在Q-开光构造中的 半导体激光器泵浦光源、镱掺杂的光纤，以及多组分掺杂的二氧化硅光纤的工作来获得具 有简单结构形式、高输出功率和宽泛且平缓的光谱范围的连续激光源。
[0008] 在CN102130413中所提出的激光源的光腔使用两个高反射率布拉格光栅，因为在 光腔的两端需要高反射率的反射镜，因此所发射激光的效率必定会很低。
[0009] 国际申请W02011124867A1描述了在红外光区域和紫外光区域之间的超连续光 发射器件，其包括激光源和设置用于接收由该激光源发射的激光束、并产生和发射超连续 光的非线性微结构光纤，从而该器件包括用于改变所发射的超连续光脉冲的持续时间的机 构。
[0010] 通常，光纤激光器（除了极少数时候，如CN102130413的情况）初始不会提供足够 的功率，需要放大级，才能够产生超连续光，这使得相对于能够单独使用激光器的情况其部 件的数量成倍增加。
[0011]文献"Cr4+:YAG 啁啾脉冲振荡器"（New J Phys.2008 年 8 月 10 日，pii:083022. Sorokin E et al. Institut filr Photonik, TU Wien, Gusshausstr. 27/387, A-1040Vienna, Austria)描述了无源Cr:YAG锁模激光器的啁啾脉冲操作。探讨了围绕零色散操作激光器 的不同的机制。显示了对于某些激光器构造，到正色散的转换允许输出脉冲的能量增加五 倍，然而这一增加受到出现的多脉冲或混沌锁模的限制。该输出脉冲具有1.4ps的持续时 间，并且在3m的二氧化硅光纤件中可降低至120fs，这使得将在非线性光纤中产生超连续 光。频谱的形式和啁啾脉冲机制的稳定性在很大程度上取决于腔内的色散的数量和形式。
[0012] 注意：啁啾脉冲放大（CPA)是一种用于在放大前将超短激光脉冲放大至拍瓦 (petawatt)级，将激光脉冲在时间上和频谱上展宽的技术。
[0013] 文献"无源Q-开关的全固态激光的脉冲间隔的混纯"（"Chaos in the pulse spacing of passive Q-switched all-solid-state lasers"，Marcelo Kovalsky and Alejandro Hnilo, OPTICS LEITERS/Vol. 35, No. 20/2010 年 10 月 15 日）描述了对于在二极 管泵浦的Cr-YAGQ-开关激光器中，由低维确定性混沌决定脉冲间隔（"抖动"）的不稳定性 的实验及理论验证。在对动力学研宄及其主要参数的研宄中所获得的特性对于减少该抖动 的有效的方式取得了进展，通过控制混沌的机制，其是具有实用价值的。相反地，预测脉冲 间隔的困难使得该系统对于高功率的加密通信（在自由空间传播中，基于强大的混沌激光 频率调制）引人注目。
[0014] 因此，可以断言，通过这两个文献，本领域技术人员可以理解在Q-开关激光器的 混沌机制的使用上或在混沌激光器的使用上所涉及的不稳定性问题，造成不允许光以受控 的方式被发射。
【发明内容】
[0015] 本发明的实施例有必要提供替代现有技术填补其中缺陷的技术，提供超连续光发 射器件，其有效，且比现有技术中那些已知的更经济，以及简化了在超连续光器件中包括的 部件中的相当重要的一部分。
[0016] 为此，本发明涉及宽频带超连续光发射器件，包括：
[0017] -非线性光纤；
[0018]-泵浦系统；
[0019] -光腔；以及
[0020] -有源介质，所述有源介质位于所述光腔内，且通过由所述泵浦系统提供的泵浦被 配置和布置，以产生并向所述非线性光纤发射激光脉冲，其中所述非线性光纤在其中激励 非线性效应，以便产生并由所述非线性光纤的输出端发射所述超连续光。
[0021] 不像已知的宽频带超连续光发射器件，在本发明提出的器件中，配置光腔和其中 的有源介质，因此由所述有源介质产生和发射的激光脉冲为光的混沌脉冲，其激励所述非 线性光纤的非线性效应来使得所述非线性光纤产生和发射以随时间随机分布的光脉冲形 式的超连续光。
[0022] 在优选实施例中，本发明的器件包括至少一个布置在或接近所述非线性光纤的输 出端的低反射率（〈〇. 1)元件，其中所述低反射率优选具有在-10dB与_70dB之间的值，更 具体地具有在_30dB与_50dB之间的值。
[0023] 在一个实施例中，上述低反射率元件为以非直角切断的所述非线性光纤的非准直 仪（collimator)端，同时在替代实施例中，所述低反射率元件为所述非线性光纤输出端的 部分反射的准直仪端，例如球形融合端，组装在非线性光纤的输出端的具有抗反射涂层的 准直仪透镜，或连接至非线性光纤的输出端（以非直角切断）的外部准直仪。
[0024] 根据实施例，非线性光纤为非线性微结构光纤。
[0025] 在更优选的实施例中，尤其是由于随其所获得的高效率，非线性光纤设置在所述 光腔内，通常与所述有源介质融合，然而在其它次优选实施例中，其可设置在外部，在这种 情况下，低反射率元件设置在光腔的端部，且从光腔中出来的光经由所述低发射率元件聚 焦在非线性光纤上，然而这种布置的效率要低得多，由于有与光损失和不稳定性相关的问 题，因为对激光的任何小的反射使得它不稳定，振动也可影响光在非线性光纤上的聚焦。
[0026] 根据实施例，上述有源介质包括有源光纤的部分，其输出端连接至所述非线性光 纤的输入端，且泵浦系统包括设置在所述有源光纤部分的输入端处，以向内发射光的泵浦 二极管。
[0027] 在优选的所述实施例的变体中，有源光纤具有掺杂有镱（Yb)的芯，而在其它次优 选变体中，其掺杂有至少一种以下元素：铒（Er)、钕（Nd)、铥（Tm)及钬（Ho)，由此非线性有 源光纤必须被设计为，使得它以非线性机制，在由有源光纤发射的波长（例如，在铒掺杂的 情况下，在1550nm的频带内）处工作。
[0028] 根据实施例，本发明的器件包括适配光纤部分，其使得有源光纤部分的输出端与 非线性光纤的输入端互连。
[0029] 根据实施例，器件包括至少一个设置在所述有源光纤部分的输入端前面的高反射 率（>0.9)元件，在由所述泵浦二极管提供的所述光的插入点的前面或后面。
[0030] 此外，根据实施例，本发明的器件包括连接至所述有源光纤部分的输入端的光纤 附加部分，其中设置所述至少一个高反射率元件；以及包括长周期光栅，其作为以有源光纤 具有的最大自发发射的波长为中心波长的带通（band-pass)滤波器，且所述光纤的附加部 分的自由端以非直角结束。
[0031] 根据实施例，本发明的器件配置为发射具有纳秒数量级的宽度和每秒1000个脉 冲数量级的平均发射率的光脉冲。
[0032] 有利地，根据优选实施例，本发明器件的所有组件由光纤制成，并通过融合连接。
[0033] 本发明提出的器件表示对已知的常规超连续光发射器件的可选方案，由此得