一种基于时间低相干光参量放大的白光激光的产生方法与流程

本发明涉及光学领域，具体涉及一种基于时间低相干光参量放大的白光激光的产生方法。

背景技术：

白光激光器在显示成像(如激光电视)、激光打印、激光照明等领域具有广泛的应用。目前，国内外产生白光激光的方法主要有多色激光合成、近紫外激光激发三基色(红、绿、蓝)荧光粉合成和蓝光激光激发黄色荧光粉合成为代表的方法，存在发光强度低、光束质量差等缺陷，不能满足高功率、定向输出等实际需求。

对此，人们对高功率白光激光的产生方法进行了大量的研究和探索，又提出了基于光子光纤中自相位调制、交叉相位调制和四波混频等三阶非线性效应的超连续谱方法；但是该方法存在的问题在于抽运光峰值功率要求高、进入光纤时耦合效率低以及在向超连续谱激光转化时量子亏损能量造成热损伤等问题。目前，白光激光器在输出功率和系统稳定性上难以满足实际需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于时间低相干光参量放大的白光激光的产生方法，本发明基于光学参量放大的方法，将宽带时间低相干光进行放大，并同时利用闲频光合成白光激光，本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于时间低相干光参量放大的白光激光的产生方法，该方法包括以下步骤：

s1、组装激光发生器，激光发生器包括至少一组，激光发生器包括抽运光源、时间低相干光种子光源、非线性晶体，将非线性晶体置于六维旋转平移台上；

s2、将激光发生器的抽运光源和时间低相干光种子光源光束合束同时射入非线性晶体内，利用六维旋转平移台调节非线性晶体的角度，非线性晶体满足相位匹配条件；

s3、非线性晶体输出信号光和闲频光，将各组激光发生器输出的信号光、闲频光进行时间同步并组束，获得白光激光输出。

进一步地，激光发生器还包括色分离膜、吸收陷阱；非线性晶体输出光源经色分离膜后合束。

进一步地，抽运光源发射的光源、信号光、闲频光的中心波长在非线性晶体中满足n3/λ3＝n2/λ1+n1/λ1，其中n1、n2、n3分别为信号光、闲频光和抽运光在非线性晶体中的折射率，λ1、λ2、λ3分别为信号光、闲频光和抽运光的中心波长。

进一步地，激光发生器还包括全反镜、分光镜，抽运光源发出的光源经全反镜后反射至分光镜，时间低相干光种子光源和经过全反镜反射之后的抽运光源发出的光源同时射入分光镜合束射入非线性晶体。

进一步地，时间低相干光种子光源包括放大自发辐射光源或超辐射发光二极管或超荧光光纤光源。

进一步地，非线性晶体为偏磷酸钡或磷酸二氢钾或三硼酸锂或硼酸锂铯晶体或周期极化铌酸锂。

进一步地，激光发生器包括至少两组，每组激光发生器经过色分离膜后射出光同时合束输出。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明利用二阶非线性效应的光参量放大技术和超辐射低时间相干光，降低了对抽运光源的抽运光峰值功率和热管理的要求；

2、本发明能够实现较高效率转换，抽运光和闪频光转换效率达50％，提供广谱预计覆盖500-900nm可见光波段的宽带白光激光输出；

3、本发明所借助的装置结构简单、稳定性较高，具有重要的实用价值；

4、以超辐射发光二极管、超荧光光纤光源为代表的时间低相干光，具有广谱宽度较宽(可达数十纳米)、光谱匀滑无纵膜结构、谱相位随机分布、相干长度极短等特点，同时具有高空间相干性，可以确保输出后具有良好的远场聚焦能力，因此是一种低成本、大宽带、高定向光源；

5、参量放大后的时间低相干光同时保留了宽广谱及高定向性的特点，同时利用放大后的信号光及闲频光，将大大拓展广谱范围，同时提高白光激光器功率。

附图说明

图1是本发明中激光发生器组装示意图一。

图2是本发明中激光发生器组装示意图二。

图3是本发明实施例中抽运光电场强度随时间变化示意图。

图4是本发明实施例种子光源电场强度随时间变化示意图。

图中，1、抽运光源；2、时间低相干光种子光源；3、全反镜；4、分光镜；5、非线性晶体；6、吸收陷阱；7、色分离膜；8、白光激光。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：

一种基于时间低相干光参量放大技术的白光激光的产生方法，该方法包括以下步骤：

s1、组装激光发生器，这里激光发生器至少是一组，数量上越多可实现覆盖更大可见光波段的宽带白光激光输出；对于一组激光发生器而言，如图2所示，包括抽运光源1、时间低相干光种子光源2、非线性晶体5、色分离膜7、吸收陷阱6，将非线性晶体5置于六维旋转平移台上。其中，时间低相干光种子光源2包括放大自发辐射光源(ase)或超辐射发光二极管(sld)或超荧光光纤光源(sfs)等，非线性晶体5包括偏磷酸钡(bbo)或磷酸二氢钾(kdp)或三硼酸锂(lbo)或硼酸锂铯晶体(clbo)或周期极化铌酸锂(ppln)等，利用的结构包括但不限于非线性晶体的单级单通、单级双通、双极单通等。

s2、将激光发生器的抽运光源1发出的抽运光以及时间低相干光种子光源2发出的种子光源进行光源合束，使抽运光和种子光源共线传输，这里可以借助全反镜3和分光镜4组合实现，将抽运光射入全反镜3反射后与种子光源共线射入分光镜4；也可以借助光纤合束技术实现光源合束，本实施例中选用全反镜3和分光镜4的组合实现合束，经过分光镜4后抽运光和种子光源以共线的方式分别射入非线性晶体5内，产生光参量放大作用。此时应保证抽运光和种子光源在空间上高度重合，使抽运光的能量提取最大化；同时满足光波进入非线性晶体5时的时间同步性。利用六维旋转平移台调节非线性晶体5的偏转角度，在非线性晶体切割角的基础上达到更为精准的相位匹配条件，产生的信号光和闲频光共线输出，在光谱上分别覆盖不同波段。

其中，抽运光、信号光以及闲频光的中心波长在非线性晶体中满足关系式n3/λ3＝n2/λ1+n1/λ1，其中n1、n2、n3分别为信号光、闲频光和抽运光在非线性晶体中的折射率，λ1、λ2、λ3分别为信号光、闲频光和抽运光的中心波长；光在单轴晶体中传播的折射率曲面方程为θ为相位匹配角。

经过非线性晶体5输出的信号光和闲频光共线射入色分离膜7，在色分离膜7处将可能存在的剩余抽运光与信号光和闲频光折射分离，最后剩余的抽运光被吸收陷阱6吸收。

s3、经过色分离膜7过滤后，将信号光和闲频光射入分光镜4实现合束，获得白光激光输出；对于多路激光发生器，需要将各路激光发生器经色分离膜7过滤后的信号光和闲频光同步合束，如图1所示，借助全反镜3将各路激光发生器输出的光(信号光和闲频光)实现共线输出，借助分光镜4实现合束，最终输出白光激光。

具体的，如图1所示，采用超辐射发光二极管(sld)作为时间低相干光种子光源2，采用中心波长为343nm、脉宽为4ns的10阶超高斯脉冲作为抽运光源1，其电场强度随时间变化如图3所示；采用中心波长为700nm和680nm、脉宽为4ns的超辐射低相干光脉冲作为种子光源，其电场强度随时间变化如图4所示。非线性晶体5选用偏磷酸钡(bbo)晶体，采用单级单通结构，将该非线性晶体5放置在六维旋转平移台上，利用六维旋转平移台调节非线性晶体5的偏转角度，达到对应中心波长的最佳相位匹配角，使得光参量放大过程发生并提升效率；两路光波共线射入非线性晶体5内，基于相位匹配的动量守恒和三波耦合的能量守恒，发生光参量放大过程，同时输出信号光(中心波长为343nm)和闲频光(中心波长分别为672.55nm和692.11nm)，在光谱上依次排列，抽运光和种子光源的相位匹配角θ分别为34.423°和34.429°；经色分离膜7后吸收陷阱6吸收可能剩余的抽运光，，避免在光谱上出现干扰谱线；从非线性晶体5输出的光波经全反镜3后与另一路从非线性晶体5水平输入分光镜4的光波共线射入分光镜4，经时间同步和空间重叠后共线输出获得所需的白光激光8。白光激光进入测量装置，观察其时域波形、频域波形和光谱分布。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。