CN109787077B - 基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源 - Google Patents
基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109787077B CN109787077B CN201910140597.2A CN201910140597A CN109787077B CN 109787077 B CN109787077 B CN 109787077B CN 201910140597 A CN201910140597 A CN 201910140597A CN 109787077 B CN109787077 B CN 109787077B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical comb
- light
- frequency
- seed
- femtosecond
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 72
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003079 width control Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 210000001520 comb Anatomy 0.000 claims description 4
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，种子源振荡器输出的种子光依次经过级联预放大***放大、脉冲宽度控制***调制种子光单脉冲能量、主放大及压缩***输出包含种子光及多个拉曼在内的宽波段飞秒光梳、飞秒光梳经过分频及多频段重复频率锁定***输出各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，并且分频及多频段重复频率锁定***输出拍频信号进入反馈控制模块，反馈控制模块输出控制信号到种子源振荡器、脉冲宽度控制***和主放大及脉宽压缩***实现稳频。利用高功率飞秒光子晶体光纤拉曼增益形成多个波段的飞秒光梳，并通过分频及反馈***，实现各频率分量的精确锁定。仅一台光梳光源就满足宽波段光梳检测的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞秒光梳光源，特别涉及一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源。
背景技术
高灵敏度物质实时检测通常借助激光实现，通常将两束激光脉冲作用于未知物表面，做延时扫描可获得未知物频谱，从而确定未知物组分。不同于化学手段，这种做法的优势在于，基于激光延时扫描的探测手段对未知物无需预处理，可在数分钟内精确定位未知物组分。然而实际过程中，通常存在需要更快速定位未知物组份的情况，比如说大量邮包筛查，海关行李安检，或是***物、危险品检测。上述情景往往需要在更短的时间内实现未知物定位。基于多个飞秒光学频率梳(光梳)的频谱测量便是一种优秀的替代手段，可在更短时间(≤5秒)实现未知物的精确定位。光梳是由一种脉冲宽度在飞秒量级、稳定度高、重复频率可精密控制的光源，其频谱由一系列频率间隔相等光谱线组成，每个频率间隔等于飞秒脉冲激光器的重复频率。基于飞秒光梳的频谱检测***，只需要扫描光梳中两个相邻脉冲之间的时间间隔，因此只需要数秒表便可实现多种物质的组分测定。因此飞秒光梳在危险品实时检测、医疗快速检验芯片制备、化学品快速识别等方面应用前景广泛。
然而对于一台飞秒光梳物质检测***，由于其采用光梳作为检测光源，单台飞秒光梳光源输出光谱范围有限(光谱宽度≤50nm)，而光梳物质检测***只能检测吸收光谱在其光梳光源输出频谱范围内的物质。因此在实际物质检测过程中，往往需要多台输出光谱处于不同频段的飞秒光梳光源联动，获得宽波段输出，为光梳物质检测***提供光源。各台飞秒光梳光源提供各自输出光谱范围内的物质频谱信息，通过这种方式构成整个物质频谱拼图。因此实际检测过程需要使用多台光梳飞秒光源，成本较高；同时多台飞秒光梳光源必须辅以繁琐的时间锁定技术锁定脉冲时序，必须精密“反馈→同步”多台飞秒光梳光源的重复频率，现有的飞秒光梳反馈同步腔长锁定***的光路、电路部分复杂，且锁定灵敏度较差。因此，由于不具备多波段可调谐的光梳光源，现有的飞秒光梳频谱检测***劣势明显。
发明内容
本发明是针对单台飞秒光梳光源输出光谱范围有限的问题，提出了一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，是一种多波段输出、各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，利用高功率飞秒光子晶体光纤拉曼增益形成多个波段的飞秒光梳，并通过分频及反馈***，实现其所包含的各频率分量的精确锁定，从而构成可用于光梳高速频谱分析的可调谐多波长飞秒光梳光源。
本发明的技术方案为：一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，种子源振荡器输出的种子光依次经过级联预放大***放大、再经入脉冲宽度控制***调制种子光单脉冲能量、输出种子光经过主放大及压缩***输出包含种子光及多个拉曼在内的宽波段飞秒光梳、飞秒光梳经过分频及多频段重复频率锁定***输出各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，并且分频及多频段重复频率锁定***输出拍频信号进入反馈控制模块，反馈控制模块输出控制信号到种子源振荡器、脉冲宽度控制***和主放大及脉宽压缩***实现稳频。
所述种子源振荡器为饱和吸收体锁模环形腔，泵浦光耦合到波分复用器中,波分复用器输出光依次经过掺镱光纤、压电陶瓷、饱和吸收体、耦合器、光纤隔离器回到波分复用器中，耦合器不接环形腔的另一个端口输出种子光；反馈控制模块输出信号调制振荡器中的掺镱光纤长度，以此调节种子光的重复频率；反馈控制模块输出信号调整压电陶瓷电压以此精密锁定种子光的重复频率。
所述入射到分频及多频段重复频率锁定***的高功率飞秒光梳经由反射镜和聚焦透镜准直成平行光，再经过***中第一二向色镜反射出种子光，反射出的种子光通过***中第一二分之一波片，入射到第一偏振分光棱镜进行分光，第一偏振分光棱镜反射光与示波器相连，第一偏振分光棱镜透射光进入第一光电探头被采集，种子光梳信号经过第一光电探头后转换为其所对应的电信号输出到频谱仪；
第一二向色镜的透射光依次经过数个二向色镜进行反射，数个二向色镜反射出的数种拉曼光分别经过各自光路上的二分之一波片和偏振分光棱镜，偏振分光棱镜反射光输出到示波器，偏振分光棱镜透射光分别进入各自光电探头被采集，光电探头将拉曼光梳转换成其对应的电信号，再分别通过各自的时间延迟模块、放大器进行信号调制，调制后的拉曼电信号送入频谱仪,实现拍频探测；频谱仪输出信号到反馈控制模块。
本发明的有益效果在于：本发明基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，该光梳光源***通过自相似放大技术，提升在主放大光子晶体光纤中种子激光的峰值功率，从而激发宽波段拉曼增益，构成覆盖500-1300nm的宽波段拉曼光梳(光谱宽度≥700nm)。该波段覆盖了大部分有机物分子的发射光谱范围。因此不同于传统光梳频谱仪的光源***利用多台光梳光源联动测定未知物；该光梳光源仅仅需要一台上述光梳光源，就能满足宽波段光梳检测***的需要，实现大多有机物分子的测量。在当今国际背景下，该产品对于填补市场对于快速安保产品的缺口尤为重要。
附图说明
图1为本发明基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源结构示意图；
图2为本发明飞秒振荡器结构示意图；
图3为本发明级联预放大***结构示意图；
图4为本发明脉冲宽度控制***结构示意图；
图5为本发明主放大及脉宽压缩***结构示意图；
图6为本发明分频及多频段重复频率锁定***结构示意图。
具体实施方式
如图1所示基于光纤拉曼增益的可调谐多波长光梳光源结构框图，激光在光纤***中从种子源振荡100、级联预放大***200、脉冲宽度控制***300、主放大及压缩***400、分频及多频段重复频率锁定***500依次传播，并通过反馈控制模块600实现稳频。
如图2所示为飞秒振荡器100结构示意图。本实例飞秒振荡器为饱和吸收体锁模环形腔，泵浦光201耦合到波分复用器202中,波分复用器202的输出端与掺镱光纤203相连，掺镱光纤203的输出端与压电陶瓷204相连，压电陶瓷204的输出端与饱和吸收体205相连，饱和吸收体205的输出端与耦合器206相连，耦合器206的另一个端口与光纤隔离器207相连，光纤隔离器207与波分复用器202的另一个输入端相连，耦合器206另一个端口输出种子光。
如图3所示为级联预放大***200结构示意图。每级预放大***结构相同，在此简述第N级预放大***：第一级预放大***中，种子源振荡腔输出的种子光依次经过隔离器301、波分复用器303、掺镱光纤304输出，其中泵浦光302耦合到波分复用器303中；第一级预放大***的种子光为种子源振荡***的输出光，第二级预放大***的种子光为第一级预放大***的输出光，依次类推。每级预放大***中的光隔离器能确保光在***中的单向传输，防止反向激光对激光***造成伤害。
图4所示为脉冲宽度控制***300结构示意图，级联预放大***输出端与脉冲宽度控制***输入端相连。由于级联预放大***输出的种子光较易发散，因此通过由聚焦透镜401、反射镜402、反射镜403及聚焦透镜404组成的空间准直***，将种子光准直为平行光；聚集透镜404的输出光依次通过二分之一波片405、隔离器406、二分之一波片407之后，通过二向色镜410的上方入射透射到光栅对408中，经光栅对408压缩后的激光束在零度高反镜409作用下再次入射到光栅对408中，光栅对408出射光经过二向色镜410反射输出；激光经过两次调制，单脉冲能量得到极大提高，种子光经过二向色镜410出射。同时，光栅对408之间的间距受反馈***600控制。由于主放大及脉宽压缩***400输出的光谱范围受到脉冲宽度控制***300输出脉宽的影响，因此通过反馈***通过调节光栅对408之间的距离，进而调谐最终拉曼输出的光谱范围。
图5所示为主放大及脉宽压缩***400结构示意图。反射镜501对脉冲宽度控制***300输出激光准直，其后激光依次经过二分之一波片502、隔离器503、二分之一波片504、聚焦透镜505耦合到光子晶体光纤506中。泵浦光510经聚焦透镜509、半透半反镜508透射及聚焦透镜507，耦合到光子晶体光纤506中；种子光与泵浦光在光子晶体光纤506中传播时相互作用，激发了光子晶体光纤中的拉曼增益，从而形成多阶斯托克斯及反斯托克斯辐射。种子光与多阶拉曼激光经聚焦透镜507由半透半反镜508反射输入到压缩***。半透半反镜508反射激光脉冲经过压缩***中二分之一波片511、聚焦透镜512、二向色镜515后入射到透射式光栅对513；经由透射式光栅对513压缩后的激光脉冲在零度高反镜514作用下，再次通过光栅对513，最后由二向色镜515反射，输出包含种子光及多个拉曼在内的宽波段飞秒光梳。
由图6所示为分频及多频段重复频率锁定***500结构示意图。入射到分频及多频段重复频率锁定***的脉冲激光经由反射镜601、602及聚焦透镜603、604准直成平行光。脉冲激光再经过中心波长1030nm，脉宽50nm的二向色镜605反射出1030种子激光，反射出的1030种子光通过二分之一波片606，入射到偏振分光棱镜607进行分光，607反射光与示波器613相连，607透射光进入光电探头608被采集。608的种子光梳信号经过608后转换为其所对应的电信号，608的输出端与频谱仪611的输入端相连。
二向色镜605的透射光包含有二阶拉曼激光(N＝2,930nm、980nm)，其依次经过中心波长900nm、脉宽50nm的二向色镜6051及中心波长980nm、脉宽50nm的二向色镜6052进行反射，反射出的930nm、980nm拉曼光分别经过二分之一波片6061、6062入射到偏振分光棱镜6071、6072。二分之一波片6071、6072的反射光分别与示波器613相连，其透射光分别进入光电探头6081、6082被采集。6081、6082将拉曼光梳转换成其对应的电信号，再分别通过时间延迟模块6091、6092，放大器6101、6102进行信号调制，调制后的拉曼电信号与频谱仪611输入端相连,实现拍频探测。
频谱仪611输出端与反馈控制模块612相连，通过分析拍频信号的强度及稳定性，选择实际过程中所需要的光梳光源参数，调制振荡器中的光纤203长度(调节种子光的重复频率)，压电陶瓷204电压(精密锁定种子光的重复频率)，脉宽控制***光栅对408距离，主放大及脉宽压缩***光栅对513距离，实现多波长光梳的稳定输出。
该飞秒光梳光源通过上述六部分联动，利用光纤自相似放大技术，激发光子晶体光纤多阶拉曼增益，输出多波段拉曼光梳。最终以一台光纤激光***构造多波段飞秒光梳光源***。
Claims (1)
1.一种基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源，种子源振荡器输出的种子光依次经过级联预放大***放大、再经入脉冲宽度控制***调制种子光单脉冲能量、输出种子光经过主放大及压缩***输出包含种子光及多个拉曼在内的宽波段飞秒光梳、飞秒光梳经过分频及多频段重复频率锁定***输出各波段之间重复频率精确锁定的高功率飞秒光梳，并且分频及多频段重复频率锁定***输出拍频信号进入反馈控制模块，反馈控制模块输出控制信号到种子源振荡器、脉冲宽度控制***和主放大及脉宽压缩***实现稳频；
其特征在于，所述分频及多频段重复频率锁定***结构如下：飞秒光梳先经分频及多频段重复频率锁定***内部反射镜和聚焦透镜准直成平行光，再经过***中第一二向色镜(605)反射出种子光，反射出的种子光通过***中第一二分之一波片(606)，入射到第一偏振分光棱镜(607)进行分光，第一偏振分光棱镜(607)反射光与示波器(613)相连，第一偏振分光棱镜(607)透射光进入第一光电探头(608)被采集，种子光梳信号经过第一光电探头(608)后转换为其所对应的电信号输出到频谱仪(611)；
第一二向色镜(605)的透射光依次经过数个二向色镜进行反射，数个二向色镜反射出的数种拉曼光分别经过各自光路上的二分之一波片和偏振分光棱镜，偏振分光棱镜反射光输出到示波器(613)，偏振分光棱镜透射光分别进入各自光电探头被采集，光电探头将拉曼光梳转换成其对应的电信号，再分别通过各自的时间延迟模块、放大器进行信号调制，调制后的拉曼电信号送入频谱仪(611),实现拍频探测；频谱仪(611)输出信号到反馈控制模块(612)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910140597.2A CN109787077B (zh) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910140597.2A CN109787077B (zh) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109787077A CN109787077A (zh) | 2019-05-21 |
| CN109787077B true CN109787077B (zh) | 2020-08-04 |
Family
ID=66486377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910140597.2A Expired - Fee Related CN109787077B (zh) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109787077B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110739601A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-31 | 华东师范大学重庆研究院 | 一种基于光纤高阶拉曼效应的可调谐超短脉冲光纤激光器 |
| CN112987444B (zh) * | 2021-02-07 | 2022-10-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 非线性增益调制光学频率梳及其产生方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7602825B1 (en) * | 2004-10-20 | 2009-10-13 | Calmar Optcom, Inc. | Tunable passively mode-locked lasers with phase-lock feedback for low timing jitters |
| CN104051956A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-17 | 中国科学院半导体研究所 | 一种多激光器频率锁定装置 |
| CN105470800B (zh) * | 2016-01-05 | 2018-09-28 | 华东师范大学 | 基于自相似放大器的高功率超短脉冲光学频率梳装置 |
| CN106338872A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-18 | 中国科学院物理研究所 | 一种全光纤光学频率梳装置 |
| US11278207B2 (en) * | 2017-04-21 | 2022-03-22 | City University Of Hong Kong | System and method for providing multi-wavelength laser for fast functional photoacoustic microscopy |
| CN108666858A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-16 | 上海理工大学 | 一种多波长飞秒拉曼光纤激光器 |
-
2019
- 2019-02-26 CN CN201910140597.2A patent/CN109787077B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109787077A (zh) | 2019-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9638638B2 (en) | System and method for stimulated raman spectroscopy | |
| US9329123B2 (en) | Multiplexed spectroscopic absorbance from CRDS wave forms | |
| JP6386655B2 (ja) | テラヘルツ波発生装置及びそれを用いた分光装置 | |
| US20100187208A1 (en) | Laser pulse synthesis system | |
| CN109787077B (zh) | 基于光纤拉曼增益的可调谐多波长飞秒光梳光源 | |
| CN102967566A (zh) | 一种高精密度快速痕量分析装置 | |
| CN108287132B (zh) | 一种太赫兹异步高速扫描***触发信号产生装置及方法 | |
| Komagata et al. | Absolute frequency referencing for swept dual-comb spectroscopy with midinfrared quantum cascade lasers | |
| CN114488081A (zh) | 一种基于上转换的高光谱分辨率激光雷达 | |
| Zhao et al. | High-resolution absolute distance measurement using a dual-wavelength, dual-comb, femtosecond fiber laser | |
| CN108919588B (zh) | 光纤激光四波混频驱动产生宽波段可调谐远红外光梳装置 | |
| EP3865851A1 (en) | Photoacoustic dual comb spectrometer | |
| CN108400519B (zh) | 同步高分辨多波长相干反斯托克斯拉曼散射光源 | |
| JP2000321134A (ja) | テラヘルツ分光光度計 | |
| Hoghooghi et al. | 1-GHz mid-infrared frequency comb spanning 3 to 13 {\mu} m | |
| CN220932783U (zh) | 一种基于双梳锁模光纤激光器的泵浦-探测门控控制装置 | |
| Ruiz-Llata et al. | Dual-comb photoacoustic spectroscopy with electro-optic generation for the analysis of gaseous samples | |
| US20240255421A1 (en) | Apparatus And Method For A Measurement Of A Spectral Response Of A Sample, Including A Quantum-Cascade-Laser-Based Light Amplification | |
| Schriever et al. | A novel ultra-broadband transient spectrometer with microsecond measurement range based on a supercontinuum fiber laser | |
| Ruiz-Llata et al. | Dual-comb Photoacoustic detection of Ammonia using a resonant acoustic gas cell | |
| WO2022194386A1 (en) | Method and spectroscopic measuring apparatus for measuring a spectral response of a sample | |
| CN115979992A (zh) | 一种用于变频快速扫描的THz光梳光谱检测装置及方法 | |
| CN117517251A (zh) | 一种基于双梳锁模光纤激光器的泵浦-探测门控控制装置 | |
| Lind et al. | Molecular Fingerprinting with Long-Wave Infrared Frequency Combs | |
| CN118483178A (zh) | 一种获得脉冲里德堡原子光谱的装置和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200804 |