基于脉宽可调的锁模光纤激光器的超连续谱光源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤激光光源技术领域，具体涉及一种基于脉宽可调的光纤激光器的超连续光谱光源。
【背景技术】
[0002]激光光源具有高亮度、很好的方向性和单色性。然而，在众多实际应用中，要求光源具有很宽的光谱宽度，此时普通的激光光源不能满足应用需求。传统光源如白炽灯、汞灯等，虽然具有宽光谱，但是它们在亮度和方向性等远不如激光光源。而超连续谱光源同时满足上述两方面的要求，可产生高亮度、方向性好、高相干的宽带光谱源，在基础科学、工业、通信、光谱学、光学检测、环境检测、遥感探测、医疗等众多领域都有着重要应用，如分子光谱分析、共聚焦显微镜、光学相干层析、多通道光纤通信、生物医学成像等。
[0003]目前产生超连续谱的主流技术是采用I μ m、1.5 μ m、2 μ m某一波段的光纤激光器栗浦某种非线性介质，利用其非线性和色散特性产生超宽带光谱输出。与I μπι波段的光纤激光器色散匹配的非线性介质主要有石英光纤、光子晶体光纤、微结构光纤等，其波段覆盖范围可在可见光和近红外波段。与1.5 μπι和2 μπι波段的光纤激光器色散匹配的非线性介质主要有硫化物、氟化物、碲化物等材质晶体，其波段覆盖范围主要在中红外波段。但是上述所激发的超连续谱的输出谱宽及其平整度都与采用的光纤激光器的波长、脉冲宽度、光功率以及非线性介质的零色散波长位置等有着直接的联系。
[0004]超连续谱光源发展追求的是波长覆盖宽度的可调控和光谱能量的可调控。为了实现对输出谱宽度控制，通常通过改变栗浦激光器功率参数来改变超连续谱的展宽程度，但是这种方法还是无法用于产生指定波段范围的超连续谱控制。还有一种方法是通过群速度匹配条件来控制产生的超连续谱范围，也就是通过微结构、折射率等来改变非线性介质的色散和零色散点。这种方法就需要很好的控制注入激光的中心波长与零色散点之间的间隔，以利于控制超连续谱范围的拓展。上述这两种方法均缺乏操作的灵活性和实时调控性。因此，亟需要有一种能实现对超连续谱光源的谱宽或能量进行实时灵活地调控的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于脉宽可调谐的锁模光纤激光器的超连续谱光源，以实现对超连续谱光源的谱宽或能量进行实时灵活的调控。
[0006]本发明提供的基于脉宽可调的锁模光纤激光器的超连续谱光源，由脉冲宽度可调的锁模光纤激光器和非线性介质连接组成，或者由脉冲宽度可调的锁模光纤激光器、放大器和非线性介质依次连接组成。其中:
所述锁模光纤激光器，是用于产生脉冲宽度可调谐(如从纳秒调谐到飞秒量级)的激光的种子源；其结构腔可以是环形的或线性的，也可以是8字形的；
进一步，所述的脉宽可调的锁模光纤激光器，包括:栗浦激光器，栗浦合束器，增益光纤，非增益光纤，调制深度可变的饱和吸收体，耦合器，偏振控制器，隔离器，反射器；其中: 所述栗浦激光器，通过接入栗浦合束器，对增益光纤进行栗浦；
所述栗浦合束器，用于将多个栗浦激光器进行合束栗浦；
所述增益光纤，连接于栗浦合束器之后，用于对所述的锁模光纤激光器提供增益源或自发辐射源；所述的锁模光纤激光器产生的脉冲的中心波长主要取决于该增益光纤的掺杂类型和结构，如分别选取增益光纤为掺镱光纤、掺铒光纤、掺铥光纤，那么其输出波长可分别位于在I μπκ?.5 μηι、2 μ??波段附近；
所述非增益光纤，用于对所述的锁模光纤激光器中的整体色散和非线性进行调控，以保证输出脉冲的稳定，还决定着锁模光纤激光器输出脉冲宽度的调谐范围；
所述调制深度可变的饱和吸收体，用于调节所述的锁模光纤激光器的输出脉冲宽度。通过饱和吸收体的偏振吸收调制、交叉吸收调制效应或偏振交叉吸收调制等来调节饱和吸收体的调制深度，从而控制所述的锁模光纤激光器输出脉冲的宽度，实现脉宽可调；
所述耦合器，可用于把锁模光纤激光器内部的多束光耦合到一路或者多路中，或者把一束光耦合到多路中，起到光束分流和耦合的作用；还可用于把所述的锁模光纤激光器所产生的锁模脉冲导出激光器，输出到放大器或非线性介质中；还可用于把光耦合到非增益光纤中，形成特殊的腔结构，如:8字形结构；还可用于将其他特殊的器件耦合进入所述的锁模光纤激光器中；等等；
所述偏振控制器，主要用于对初始光脉冲形成产生微小偏振扰动，以到达稳定脉冲形成条件；
所述隔离器，是可选择性加入的器件，主要用于保证光束在所述锁模光纤激光器系统中传输时只向着一个方向传输。在环形腔和8字形腔中，一定需要隔离器，以减小隔离器方向相反的反向光产生的扰动干扰。如所述的激光器是采用线性腔结构，就不需要加入隔离器;
所述的调制深度可变的饱和吸收体、非增益光纤、耦合器、偏振控制器、隔离器在锁模光纤激光器中的放置位置并无严格的限制。
[0007]所述反射器，也是可择性选加入器件，所述锁模光纤激光器采用线性腔结构时，必须加入反射器。需放置于线性腔结构的锁模光纤激光器的两端，即线性腔结构的锁模光纤激光器主要是通过两端的反射器9来形成激光谐振腔。
[0008]所述放大器，用于对锁模光纤激光器的输出脉冲能量进行放大。
[0009]所述非线性介质，主要作用是通过非线性介质的非线性效应和色散效应将输入到非线性介质的高能量脉冲演化成超连续光谱，然后输出超连续光谱。非线性介质的材质不同，获得的超连续谱波段不同，通常采用的非线性介质材料有光子晶体光纤、不规则微结构光纤、微结构光纤、微纳光纤、硫化物光纤、碲化物光纤等各种非线性介质。通过控制输出到非线性介质中的脉冲宽度或脉冲能量的大小来调节输出的超连续谱的宽度。
[0010]本发明通过灵活地操纵脉宽可调的锁模光纤激光器的输出脉宽和功率，就可实现对超连续谱的光谱宽度和能量进行灵活地调控。可应用于生物医学、遥感探测、环境检测、光学检测、多通道光纤通信及光谱学等方面。
【附图说明】
[0011]图1为本发明超连续谱光源的第一实施例结构图示(是基于放大器的)。
[0012]图2是本发明中脉宽可调的锁模光纤激光器的结构图示(是基于环形腔结构的)。
[0013]图3是本发明中脉宽可调的锁模光纤激光器的结构图示(基于线性腔结构的)。
[0014]图4是本发明中调制深度可变的饱和吸收体的第一实施例结构图示(是基于交叉吸收调制效应实现的)。
[0015]图5是本发明中调制深度可变的饱和吸收体的第二实施例结构图示(是基于交叉偏振吸收调制效应实现的)。
[0016]图6是本发明所述的调制深度可变的饱和吸收体的第三实施例结构图示(是基于偏振吸收调制效应实现的)。
[0017]图7是本发明的第二实施例，提供的是没有放大器的超连续谱光源的结构图。
[0018]图中标号:I栗浦激光器，2栗浦合束器，3增益光纤，4隔离器，5偏振控制器，6调制深度可变的饱和吸收体，7耦合器，8非增益光纤，9反射器；10锁模光纤激光器，11放大器，12非线性介质；13宽带饱和吸收体，14外加耦合器，15外加激光器，外加偏振控制器16。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]本发明采用脉宽可调谐的锁模光纤激光器10作为在种子源，用放大器11对激光种子进行放大，然后输入到非线性介质12中演化成超连续谱光，具体结构如附图1所示。
[0021]脉宽可调的锁模光纤激光器作为种子源，其输出一定是脉冲激光，激光脉冲产生方式主要是采用饱和吸收体的被动锁模方式产生，那么饱和吸收体的调制深度就决定了锁模方式所产生脉冲的宽度。
[0022]本发明所述的脉宽可调的锁模光纤激光器的实施例选用环形腔结构和线性腔结构，如图2、图3所示。本发明中脉宽可调的锁模光纤激光器的实施方式并不限于本发明中给出该实施例。栗浦激光器I所产生的栗浦光经过合束器2进入增益光纤3中产生一定