CN104577677B - 级联光子晶体光纤激光器 - Google Patents

级联光子晶体光纤激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN104577677B
CN104577677B CN201510031349.6A CN201510031349A CN104577677B CN 104577677 B CN104577677 B CN 104577677B CN 201510031349 A CN201510031349 A CN 201510031349A CN 104577677 B CN104577677 B CN 104577677B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
cascade
airport
fiber laser
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510031349.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104577677A (zh
Inventor
李夏
廖梅松
陈伟
毕婉君
邢朝君
胡丽丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN201510031349.6A priority Critical patent/CN104577677B/zh
Publication of CN104577677A publication Critical patent/CN104577677A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104577677B publication Critical patent/CN104577677B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

一种级联光子晶体光纤激光器由泵浦源和无焊点级联石英光子晶体光纤串联构成。本发明可对中心波长位于1050nm附近的超快光纤激光器的主要能量进行波长转换，获得在400‑800nm可见光范围内宽带发光的级联光子晶体光纤激光。

Description

级联光子晶体光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器，特别是一种级联光子晶体光纤激光器。
背景技术
超连续谱激光器是利用光纤中的非线性现象制造而成的宽带激光光源。超连续谱的产生是当高功率超快激光通过一段非线性介质(通常是光纤)时，光谱由窄带激光转换为宽带光源的现象。在此宽带光源中，光谱的展宽和新频率成分的产生主要基于光纤的色散和诸如自相位调制、交叉相位调制、四波混频、受激拉曼散射等非线性效应的共同作用。因为产生新光谱成分所需要的条件不容易满足，通过常见的1060nm附近的泵浦光获得可见光波段，尤其是短波蓝紫光范围的超连续谱依然需要特殊设计的光纤和专门的技术。
在H H.Chen等人(参见Laser Phys.Lett.10(2013)085401)报道的实验中，通过对一段现有光子晶体光纤(以下简称为PCF)二次拉伸的方式，获得了具有多个锥形部分的级联光纤，并从中获得包含了蓝紫光的超连续谱。其展宽过程包括三个部分，首先是在一个零色散波长(ZDW)小于1064nm的PCF1中获得窄带超连续谱。第二步注入这个窄带超连续谱到一个具有更短ZDW的经过拉锥的PCF1中获得光谱的进一步展宽。第三步把第二步获得的光注入一个具有不同空气填充率的拉锥的PCF2中，获得短波光谱成分。这种特殊的锥形光纤的制备是在光纤拉制完成之后进行的。通过对PCF的一部分加压、加热和拉伸实现锥部的制作。产生的超连续谱介于352nm到1750nm，但是1000nm以后的光谱包括了比较高的能量，普遍较之可见光范围的光要高出5至10dB。
发明内容
本发明旨在解决可见光范围超连续谱不容易获得，能量利用效率不高的问题，提供一种级联光子晶体光纤激光器，实现光谱范围400nm-800nm的平均功率达到瓦级的超连续谱激光输出。
本发明的技术解决方案如下：
一种级联光子晶体光纤激光器，其特点在于由泵浦源和无焊点级联石英光子晶体光纤串联构成，所述的泵浦源为1064nm的掺镱皮秒光纤激光器，所述的无焊点级联石英光子晶体光纤是一种基于石英材料且含有空气孔的微结构光纤，该光纤在光的传播方向上具有三段式结构：前级光纤、中间过度光纤和后级光纤，所述的前级光纤具有2～4微米的纤芯尺寸，空气孔的径-间距比为0.3～0.5，所述的后级光纤具有0.85到1微米的亚微米级的纤芯直径，空气孔的径-间距比为0.9～0.95，中间过度光纤成锥形。
所述的无焊点级联石英光子晶体光纤的主体是正三角形排列的空气孔，背景材料是纯石英玻璃，以其中任何一个空气孔为中心，其紧邻的六个空气孔成正六边形排列，所述的空气孔共有九层。
所述的掺镱皮秒光纤激光器和级联石英光子晶体光纤通过商用熔接机，将掺镱皮秒光纤激光器的输出尾纤和级联石英光子晶体光纤直接熔接而成。
本发明的技术效果
本发明可以实现光谱范围400nm-800nm的级联光子晶体光纤激光器。这种级联的石英光子晶体光纤没有焊点。产生的可见光波段光谱可以集中>50％的耦合进入光纤泵浦光功率，是一种高效的波长转换方案。作为泵浦源的1064nm激光器发展成熟，可以在光纤中容易地获得2W以上的耦合功率，故本方案可在可见光范围实现大于1W的功率。
本发明中的两级光谱展宽所利用的机理是：前级光纤利用孤子捕获效应将泵浦光能量移动到短波方向。发生在光纤反常色散区的基于受激拉曼效应的孤子自频移，减缓了孤子的群速度，使得孤子能够和短波长方向的色散波在时域重叠，通过交叉相位调制和四波混频等非线性作用机制，将大部分的泵浦光能量传递给500-700nm之间的色散波，在和孤子自频移的极限范围相匹配的短波长位置形成稳定的脉冲峰。后级光纤利用前级光纤的输入，继续在可见光范围展宽光谱。
附图说明
图1是本发明激光器示意图
图2是本发明光纤结构图
图3是本发明光纤截面图
图4是光纤色散图
图5是前级光纤传输0.5m之后光谱图
图6是后级光纤传输4mm之后光谱图
具体实施方式
在实施例中，光纤激光器采用MenloSystems公司Orange Femtosecond YtterbiumLaser激光***。本发明级联光子晶体光纤激光器，包括位于1064nm附近的掺镱光纤皮秒激光器作为泵浦源，及与掺镱光纤皮秒激光器的尾纤直接熔接的级联光子晶体光纤两个部分(参见图1)。特点在于是利用无焊点的级联的非线性石英光子晶体光纤作为非线性介质，把大于50％的泵浦光能量在400-800nm范围内展宽的级联光子晶体光纤激光器。
由泵浦源和无焊点级联石英光子晶体光纤串联构成，所述的泵浦源为1064nm的掺镱皮秒光纤激光器，所述的无焊点级联石英光子晶体光纤是一种基于石英材料且含有空气孔的微结构光纤。利用泵浦源在微结构光纤中的非线性效应，将1064nm的泵浦光能量转换到400到800nm的可见光范围，可见光谱范围内功率可以达到1W级别。
所述级联光子晶体光纤的主体为正三角形排列的空气孔，背景材料是纯石英玻璃。由具有不同空气填充率的前级光纤、后级光纤和中间的锥型过渡部分构成。请参阅图2。前级光纤和后级光纤的剖面图请参阅图3。在此结构中，相邻空气孔的孔间距为Λ，圆形空气孔的直径为d。前级光纤具有2-4微米的纤芯尺寸，较小的介于0.3到0.5之间的空气孔径-间距比(d/Λ)，以将光纤第二零色散波长向长波方向移动，使得孤子自频移不因为进入正常色散区而过早终止，以实现和更短波方向的色散波群速度匹配，将能量向尽量短的波长移动。这一级光纤需要40-70厘米的长度以实现光谱展宽。后级光纤具有0.85到1微米的亚微米级的纤芯直径，较大的介于0.9到0.95之间的空气孔径-间距比(d/Λ)，以通过强烈的波导色散平衡材料色散，使光纤的第一零色散波长在500-700nm之间，它将利用第一级光纤输出的超连续谱脉冲作泵浦源，这种近零色散波长的泵浦可以获得宽且平坦的超连续谱型，实现在400-800nm范围内的超连续谱的展宽。比较小的纤芯尺寸使得此段光纤具有较大非线性系数，需要数厘米实现光谱的展宽。
本发明所述的无焊点级联石英光子晶体光纤是采用堆叠法制备光纤预制棒，并将两级光纤和中间的锥部在光纤拉丝塔上一次拉制成型的。即拉出的光纤前一段为前级光纤，后一段为后级光纤，两级光纤之间以锥形光纤过度，不存在焊点。
本发明所述光纤预制棒的制备方法为：将实心的石英棒和空心的石英管拉制成外径1mm的毛细棒和毛细管，将这些管棒在模具中按照光纤的微观结构进行宏观排列并进行预烧结使它们稳固地结合在一起，成为光纤预制棒。
本发明所述的一次拉制成型的过程，需要在光纤拉制过程中，利用气泵对预制棒中空气孔的气体压强进行控制，并对光纤上所承受的张力进行监测。利用光纤上张力测量装置实时监控，根据光纤结构参数的不同，对拉丝温度，拉丝速度和气压进行调整。光纤的拉制过程满足这样的方程：
其中r和R分别表示光纤和预制棒横截面的半径。P表示压强，б表示表面张力，R表示预制棒中空气孔的直径，Sf、Sp分别表示拉丝塔上光纤牵引和预制棒的送料速度。在完成第一级光纤拉丝之后，快速地增加预制棒中的气压和提高拉丝速度，以用较短的锥部过渡到第二级光纤。这样减少了两级光纤之间的对接耦合损耗。根据力学方程，光纤的拉制过程符合如下的方程：
其中l是预制棒和光纤之间过度部分的长度。η是粘度。由方程可知道，如果光纤的收集速度增大，会成对数关系地影响光纤中的张力。所以，依照本发明提供的方案，在前后级之间，光纤的抽拉速度需要有4到5倍的提高，光纤也不会断开，使拉丝失败。图4给出了一种符合上述的特征能够用于可见光波段宽带激光产生的级联石英光纤前后两级色散。图5给出了根据图4给出的色散曲线，通过入射4ps脉宽25kW峰值功率的1064nm脉冲在光纤端面，模拟获得的前级光谱展宽图。由图可见，大于70％的光谱能量集中在了550-700nm之间。
图6给出了模拟获得的注入前级光纤产生的光谱之后，在后级光纤中产生的可见光范围光谱。其20dB带宽能够覆盖400到800nm可见光波段。
级联光纤的前级结构参数Λ＝2.37μm,d/Λ＝0.4。后级光纤结构参数为Λ＝0.9μm,d/Λ＝0.91。
在光纤拉丝塔上将实心的石英棒和空心的石英管拉制成外径1mm的毛细棒和毛细管。将这些管棒在金属模具中按照光纤的微观结构进行宏观排列并进行预烧结，使它们稳固地结合在一起，成为光纤预制棒。控制泵入预制棒的气压为2到5kPa。维持拉丝塔的送料速度恒定0.2到0.4mm/min，调整拉丝速度到介于10-20cm/min，实时监测拉制光纤的外径，使拉制光纤和设计的前级光纤具同样的尺寸。升高熔炉温度，当测得的光纤中张力减小时，迅速增大泵入的气压至6-10kPa，增大拉丝塔上拉拽光纤的滚轮的速度至0.7至1.4m/min，获得级联的变芯径的光子晶体光纤。
将获得的级联石英光纤和光源进行熔接耦合，得到能输出大功率可见光谱的级联光子晶体光纤激光器。

Claims (2)

1.一种级联光子晶体光纤激光器，其特征在于由泵浦源和无焊点级联石英光子晶体光纤串联构成，所述的泵浦源为1064nm的掺镱皮秒光纤激光器，所述的无焊点级联石英光子晶体光纤是一种基于石英材料且含有空气孔的微结构光纤，该光纤激光器在光的传播方向上具有三段式结构：前级光纤、中间过度光纤和后级光纤，所述的前级光纤具有2～4微米的纤芯尺寸，空气孔的径-间距比为0.3～0.5，所述的后级光纤具有0.85到1微米的亚微米级的纤芯直径，空气孔的径-间距比为0.9～0.95，中间过度光纤成锥形。
2.根据权利要求1所述的级联光子晶体光纤激光器，其特征在于：所述的无焊点级联石英光子晶体光纤的主体是正三角形排列的空气孔，背景材料是纯石英玻璃，以其中任何一个空气孔为中心，其紧邻的六个空气孔成正六边形排列，所述的空气孔共有九层。
CN201510031349.6A 2015-01-22 2015-01-22 级联光子晶体光纤激光器 Active CN104577677B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510031349.6A CN104577677B (zh) 2015-01-22 2015-01-22 级联光子晶体光纤激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510031349.6A CN104577677B (zh) 2015-01-22 2015-01-22 级联光子晶体光纤激光器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104577677A CN104577677A (zh) 2015-04-29
CN104577677B true CN104577677B (zh) 2018-08-14

Family

ID=53093168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510031349.6A Active CN104577677B (zh) 2015-01-22 2015-01-22 级联光子晶体光纤激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104577677B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105449501A (zh) * 2015-12-29 2016-03-30 中国电子科技集团公司第十一研究所 光纤激光器
CN110445000A (zh) * 2019-06-30 2019-11-12 天津大学 1000-1100nm波长可调谐飞秒激光***
EP4365653A2 (en) * 2019-10-24 2024-05-08 ASML Netherlands B.V. Hollow-core photonic crystal fiber based optical component for broadband radiation generation
WO2024113285A1 (zh) * 2022-11-30 2024-06-06 华为技术有限公司 一种天线、天线阵列以及通信设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1584642A (zh) * 2004-06-11 2005-02-23 上海大学 色散渐变和色散自补偿光子晶体光纤
CN201332211Y (zh) * 2008-12-31 2009-10-21 中国科学院西安光学精密机械研究所 全光纤结构的可见光增强超连续谱激光***
CN104166183A (zh) * 2014-08-25 2014-11-26 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种双包层光纤和光子晶体光纤的连接方法
CN104201545A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 深圳大学 基于双波段光纤激光器的超宽带超连续谱光源

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1725899A2 (en) * 2004-03-19 2006-11-29 Crystal Fibre A/S Optical coupler devices, methods of their production and use
FR2949158B1 (fr) * 2009-08-14 2012-02-03 Draka Compteq France Fibre optique microstructuree et dispositif pour generer une lumiere blanche a large bande

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1584642A (zh) * 2004-06-11 2005-02-23 上海大学 色散渐变和色散自补偿光子晶体光纤
CN201332211Y (zh) * 2008-12-31 2009-10-21 中国科学院西安光学精密机械研究所 全光纤结构的可见光增强超连续谱激光***
CN104201545A (zh) * 2014-08-06 2014-12-10 深圳大学 基于双波段光纤激光器的超宽带超连续谱光源
CN104166183A (zh) * 2014-08-25 2014-11-26 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种双包层光纤和光子晶体光纤的连接方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High nonlinearity glass photonic crystal nanowires;N. A. Wolchover et al.;《OPTICS EXPRESS》;20070205;第15卷(第3期);第829－833页 *
Ultraviolet-extended flat supercontinuum generation in cascaded photonic crystal fiber tapers;H H Chen et al.;《Laser Phys. Lett.》;20130614;第10卷;第1页右栏第2段至第6页右栏第1段及附图1－4 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104577677A (zh) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104577677B (zh) 级联光子晶体光纤激光器
CN104201545B (zh) 基于双波段光纤激光器的超宽带超连续谱光源
CN108512020B (zh) 一种光谱可控、输出功率可调谐的非相干超连续谱光源
CN106647098B (zh) 一种基于氮化硅波导的通信带到中红外超连续谱产生方法
CN101881919A (zh) 一种超短激光脉冲输出的光纤啁啾脉冲放大器
CN105826800A (zh) 一种全光纤化宽带平坦中红外超连续谱光源
CN102967981A (zh) 基于多芯光子晶体光纤的超连续谱光源
CN204118458U (zh) 一种单模全光纤激光器
CN204067843U (zh) 一种基于双波段光纤激光器的超宽带超连续谱光源
CN202995205U (zh) 基于多芯光子晶体光纤的超连续谱光源
Qin et al. Wideband supercontinuum generation in tapered tellurite microstructured fibers
CN105896252B (zh) 高功率可见光增强超连续谱光源
Fatome et al. Mid-infrared extension of supercontinuum in chalcogenide suspended core fibre through soliton gas pumping
Ghosh et al. Blue-extended sub-nanosecond supercontinuum generation in simply designed nonlinear microstructured optical fibers
CN207651793U (zh) 一种实现具有平坦光谱的超连续谱激光装置
CN206558873U (zh) 一种基于多波长泵浦的超宽带随机光纤激光器
Gaponov et al. 10µJ-class compact thulium all-fibered CPA system
Chen et al. Generation of a compact high-power high-efficiency normal-dispersion pumping supercontinuum in silica photonic crystal fiber pumped with a 1064-nm picosecond pulse
Yan et al. Combined nonlinear effects for UV to visible wavelength generation in a photonic crystal fiber
CN205992656U (zh) 一种超大带宽超连续谱激光光源
Man et al. Fabrication of indefinitely long tapered fibres for supercontinuum generation
Maurel et al. Soliton self-compression in air filled Kagome HCPCF
Wangg et al. Ultraviolet-extended flat SC generation in seven-core photonic crystal fiber
Roy et al. Advancing Ultrafast Pulse Frequency Shifting with Elliptical Core Chalcogenide Fiber
Li et al. The tapered tellurite microstructure optical fiber for the super-continuum generation

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant