CN109814282A - 一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学技术领域，提供了一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法及装置，方法包括：将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，使其棒状光子晶体光纤中独立传输，产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子；其中，水平偏振孤子和竖直偏振孤子输出至棒状光子晶体光纤时具有延迟；然后令水平偏振孤子和竖直偏振孤子的波长相同，在分离出水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在竖直偏振孤子中引入相反的延迟，以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子。通过本发明可以提高基于棒状光子晶体光纤产生的孤子单脉冲能量，使其满足1700nm波段的激发光的能量要求。

Description

一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法及装置

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法及装置。

背景技术

多光子显微成像在生物学、生理学和医学上有非常广泛的应用，基于非线性光学技术，多光子显微成像包含了不同的成像模态，如双光子、三光子和四光子荧光，二次、三次和四次谐波等。多光子成像的主要优势是基于深层组织上的穿透能力，在众多的成像模态中，三光子荧光显微成像可以实现最大的成像深度，特别是在活体动物模型中。

深层组织的三光子荧光显微成像需要使用重复频率在兆赫兹水平的飞秒脉冲激发，以满足对三光子信号水平和激发光平均功率两个条件的要求。在激发波长方面，一般有两个选择，分别是1300nm和1700nm窗口。理论计算表明，相比于800nm窗口，1300nm和1700nm窗口的两个波段的激发光穿过生物组织时的衰减更小，并且在活体小鼠的脑成像实验中得到了证明。通过1300nm窗口激发的三光子显微成像对应的是成熟的绿色荧光蛋白产品，可以对小鼠大脑中的海马体进行功能成像。相比之下，1700nm波段的激发光在生物组织传输时的衰减比1300nm更小，因此可以实现更深的深层大脑结构成像，如大脑血管成像。

在给定的重复频率下，荧光信号强度取决于激发光的单脉冲能量。对于所有目前已演示的1700nm窗口三光子活体小鼠深层脑成像而言，均使用高能1550nm激光器棒状光子晶体光纤，利用孤子自频移效应产生的孤子作为激发光源，其中，棒状光子晶体光纤产生孤子的技术装置简单，稳定性好，适用于产生高能量的1700nm孤子。

然而，目前商品化的棒状光子晶体光纤有大约100μm的纤芯直径，最大可以产生约110nJ的孤子单脉冲能量，这个能量极限制约了三光子显微成像的成像深度。虽然可以通过提高棒状光子晶体光纤的纤芯直径可以提高其输出孤子能量，但是并不能突破其能量限制。由于耦合效率的原因，上述的方法已经达到了棒状光子晶体光纤的光损伤阈值，因此，需要开发一种技术去突破目前的孤子能量限制，应用于目前商品化的或者未来可能有更大模场面积的棒状光子晶体光纤。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法及装置，以解决现有技术中棒状光子晶体光纤可以产生的孤子单脉冲能量不满足1700nm波段的激发光的能量要求，使得深层组织的三光子荧光显微成像无法实现更深的深层大脑结构成像的问题。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，包括：

将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子；

其中，所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子输出至所述棒状光子晶体光纤时具有延迟；

在所述棒状光子晶体光纤中，调整所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的波长相同；

在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子。

结合本发明第一方面，本发明第一方面的第二实施方式中，所述将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在棒状光子晶体光纤中传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子，包括：

通过飞秒激光器产生预设脉宽和预设重复频率的所述预设泵浦脉冲；

使用半波片、第一偏振分离装置将所述泵浦脉冲分离为两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲。

结合本发明第一方面，本发明第一方面的第三实施方式中，在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子，包括：

在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过第二偏振分离装置将所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子合束；

在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过第二偏振分离装置在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟；

在所述棒状光子晶体光纤输入端，通过三维位移旋转台和第一偏振分离装置，调整所述竖直偏振孤子的光程；

在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过硅探测器的双光子电流判断所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的是否重合；

所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在所述棒状光子晶体光纤输出端的输出时间重合时，使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子合成为目标孤子。

结合本发明第一方面，本发明第一方面的第四实施方式中，在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子之前，还包括：

通过预设透过波长的长波通滤光片对所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子进行滤波处理。

本发明第二方面提供了一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成装置，包括：飞秒激光器、半波片、棒状光子晶体光纤、第一偏振分离装置、第二偏振分离装置和准直透镜组；

所述飞秒激光器、所述半波片、所述第一偏振分离装置、所述棒状光子晶体光纤和所述第二偏振分离装置依次连接，所述准直透镜组分别设置在所述棒状光子晶体光纤的输入端和输出端；

所述飞秒激光器，用于输出预设脉宽和预设重复频率的预设泵浦脉冲；

所述半波片和所述第一偏振分离装置，用于将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子；

所述第一偏振分离装置中设有三维位移旋转台，所述三维位移旋转台，用于调整所述竖直偏振孤子的光程；

所述棒状光子晶体光纤，用于耦合所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在其中独立传输；

所述棒状光子晶体光纤，还调整所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的波长相同；

所述第二偏振分离装置，用于在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子；

所述准直透镜组，用于所述准直所述棒状光子晶体光纤输入端和输出端的所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子。

结合本发明第二方面，本发明第二方面的第一实施方式中，所述第一偏振分离装置和所述第二偏振分离装置均包括一对偏振分束立方和一对银镜。

结合本发明第二方面的第一实施方式，本发明第二方面的第二实施方式中，所述第一偏振分离装置中设有三维位移旋转台；

所述第一偏振分离装置通过所述三维位移旋转台转换为所述第二偏振分离装置。

结合本发明第二方面，本发明第二方面的第三实施方式中，所述棒状光子晶体光纤输出端设有长波滤波片；

所述长波滤波片，用于对所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子进行滤波处理。

本发明实施例提出一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，将预设泵浦脉冲作为基础脉冲信号，对其进行分离处理，获得两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子，然后调整两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子的波长相同，那么在棒状光子晶体光纤的输出端分离出波长相同的水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在竖直偏振孤子中引入相反延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，补充上述的延迟误差，则可以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合，最终合成具有双倍孤子能量的目标孤子，实现在不提高棒状光子晶体光纤的纤芯直径的情况下，提高其输出的孤子能量，由此，棒状光子晶体光纤产生的孤子单脉冲能量可以满足1700nm波段的激发光的能量要求，从而深层组织的三光子荧光显微成像也能够实现更深的深层大脑结构成像。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法的实现流程示意图；

图2为图1中步骤S104的详细实现流程示意图；

图3为本发明实施例一提供的孤子合成过程的示意图；

图4为本发明实施例一提供的通过基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法生成孤子的孤子光谱图；

图5为本发明实施例一提供的通过基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法生成孤子的孤子干涉自相关数据展示图；

图6为本发明实施例二提供的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成装置的组成结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。

在后续的描述中，发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，通过偏振孤子的合成来提高棒状光纤输出的孤子能量，合成后的孤子能量是原来单路孤子能量的两倍，满足针对1700nm窗口的深层脑成像的高能光源需求。基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法包括以下步骤：

S101、将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子。

在上述步骤S101中，所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子输出至所述棒状光子晶体光纤时具有延迟。

其中，水平偏振孤子和竖直偏振孤子是两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，因此，水平偏振孤子和竖直偏振孤子相互垂直，并且时间上错开，在输出至棒状光子晶体光纤时存在时间上的延迟。

在上述步骤S101中，水平偏振孤子和竖直偏振孤子的偏振态相同。

其中，棒状光子晶体光纤不是保偏结构设计，也就是说在光纤中没有快轴和慢轴，因此无法将只需调节偏振态的双色孤子产生技术应用在棒状光子晶体光纤中。但由于棒状光子晶体光纤的输出设计，泵浦脉冲的偏振态在棒状光子晶体光纤中是被完整保留的，无论输入何种偏振角度的线偏光，其输出脉冲的偏振态保持一致，则由预设泵浦脉冲分离形成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，所对应的水平偏振孤子和竖直偏振孤子的偏振态相同。

在本发明实施例中，预设泵浦脉冲为线偏振泵浦脉冲。

其中，预设泵浦脉冲指重复频率在低于兆赫兹或者兆赫兹水平的飞秒脉冲激发，以满足深层组织的三光子荧光显微成像。

在一个实施例中，上述步骤S101，可以包括：

通过飞秒激光器产生预设脉宽和预设重复频率的所述预设泵浦脉冲；

使用半波片、第一偏振分离装置将所述泵浦脉冲分离为两个有延迟并且偏振态正交的线偏振泵浦脉冲。

S102、在所述棒状光子晶体光纤中，调整所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的波长相同。

在上述步骤S102中，调整水平偏振孤子和竖直偏振孤子的波长相同，从而使得水平偏振孤子和竖直偏振孤子的频率相同。

S103、在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子。

在上述步骤S103中，仅在竖直偏振孤子中引入延迟，不能使述水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合，因此需要调整竖直偏振孤子输入棒状光子晶体光纤的角度，减少误差。

在上述步骤S103中，水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合为时间上的重合。

在一个实施例中，上述步骤S103，可以包括：

S1031、在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过第二偏振分离装置将所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子合束。

S1032、在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过第二偏振分离装置在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟。

在上述步骤S1031和步骤S1032中，第二偏振分离装置与第一偏振分离装置组成结构相同，但其放置角度呈90°，从而引入与之前相反的延迟。

在具体应用中，若水平偏振孤子比竖直偏振孤子先传输至棒状光子晶体光纤的输出端，则通过第二偏振分离装置在竖直偏振孤子中减少延迟，使得竖直偏振孤子的速度加快。若竖直偏振孤子比水平偏振孤子先传输至棒状光子晶体光纤的输出端，同样通过第二偏振分离装置在竖直偏振孤子中增加延迟，但使竖直偏振孤子的速度减慢。

S1033、在所述棒状光子晶体光纤输入端，通过三维位移旋转台和第一偏振分离装置，调整所述竖直偏振孤子的光程。

在上述步骤S1033中，调整所述竖直偏振孤子的光程可以同样可以减少或者增加延迟，以弥补步骤S1032中，在竖直偏振孤子中引入相反的延迟的误差。

S1034、在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过硅探测器的双光子电流判断所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的是否重合。

在上述步骤S1034中，水平偏振孤子和竖直偏振孤子的时间重合可以通过硅探测器的双光子电流来判断，其原理是：

在硅探测器前安装一个检偏器，调节检偏器角度使通过检偏器的合成孤子有最大的透过率，因此透过的竖直偏振态和水平偏振态的孤子由于偏振态与检偏器各成45°，所以其能量会变为原来的一半。

S1035、所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在所述棒状光子晶体光纤输出端的输出时间重合时，使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子合成为目标孤子。

在上述步骤S1035中，若通过硅探测器的双光子电流，判断孤子的时间已经重合，则此时的水平偏振孤子和竖直偏振孤子偏振态正交，且拥有相同的波长、脉宽和脉冲能量，那么在时间上再次重合时，水平偏振孤子和竖直偏振孤子会合成为一个新的脉冲，即目标孤子。

在具体应用中，目标孤子是线偏振的，偏振态相比于保偏光纤的光轴旋转了45°，且合成后的孤子能量会变为原来的两倍，其计算公式如下：

E_s＝A_s ²＝A_⊥ ²+A_// ²＝E_⊥+E_//＝2E_//；

上述的E_s、E_⊥和E_∥分别表示合成后的目标孤子能量、竖直偏振孤子的能量和水平偏振孤子的能量，其中，竖直偏振孤子和水平偏振孤子可以分别为水平偏振孤子和竖直偏振孤子，或分别为竖直偏振孤子和水平偏振孤子，A_s、A_⊥和A_∥分别表示相应的电场强度，公式中省略了常数项。

在一个实施例中，上述步骤S104之前，还可以包括：

通过预设透过波长的长波通滤光片对水平偏振孤子和竖直偏振孤子进行滤波处理。

在具体应用中，使用长波通滤光片可以滤掉残余脉冲。

在本发明实施例中，通过1575nm的长波通滤光片以正入射的方式，滤掉残余的1550nm脉冲，从而输出两个波长一样的孤子。

如图3所示，本发明实施例还提供了孤子合成过程的示意图。

图3中的a图为预设泵浦脉冲输入棒状光子晶体光纤前，分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的示意图，其中，p为预设泵浦脉冲，p1为水平线偏振泵浦脉冲，P2为竖直线偏振泵浦脉冲，D为延迟；图3中的b图为两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在棒状光子晶体光纤输出时的示意图，其中，p1为了水平偏振孤子，P2为竖直偏振孤子，D为延迟；图3中的c图为在竖直偏振孤子中引入相反的延迟后，水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合的示意图，其中，p’为水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合后，合成的目标孤子。

本发明实施例提供的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，将预设泵浦脉冲作为基础脉冲信号，对其进行分离处理，获得两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子，然后调整两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子的波长相同，那么在棒状光子晶体光纤的输出端分离出波长相同的水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在竖直偏振孤子中引入相反延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，补充上述的延迟误差，则可以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合，最终合成具有双倍孤子能量的目标孤子，实现在不提高棒状光子晶体光纤的纤芯直径的情况下，提高其输出的孤子能量，由此，棒状光子晶体光纤产生的孤子单脉冲能量可以满足1700nm波段的激发光的能量要求，从而深层组织的三光子荧光显微成像也能够实现更深的深层大脑结构成像。

实施例二

本发明实施例对实施例一中生成的孤子进行了表征。在激光器最大输出功率的条件下，同时生成波长为1613nm的水平偏振和竖直偏振孤子。

在本发明实施例中，假设，实施例一中以脉宽为500fs、重复频率为1MHz的线偏振泵浦脉冲作为预设泵浦脉冲；以长为44cm，纤芯直径为100μm的棒状光子晶体光纤作为水平偏振孤子和竖直偏振孤子的传输光纤，并使用1575nm长波通滤光片，以正入射的方式滤掉残余的1550nm脉冲后，分离获得了水平偏振孤子和竖直偏振孤子。

图4示出了光谱测量数据，其中，灰度不同的线条分别表示水平偏振、竖直偏振和偏振合成以后的孤子光谱，其横轴表示波长，纵轴表示脉冲信号，可以看到这两个偏振态正交的孤子的光谱是完全一致的。

图5示出了干涉自相关测量结果，由上至下分别是水平偏振孤子、竖直偏振孤子和合成孤子，其横轴表示延迟，纵轴表示脉冲信号。经过一个双曲正割(sech2)强度分布的解卷积，水平偏振和竖直偏振的孤子脉宽测量结果分别为82.6fs和83.3fs，功率测量结果分别是75mW和76mW，在1MHz的重复频率下，单脉冲能量分别是75nJ和76nJ。测量结果表明，两个偏振态正交的孤子拥有基本相同的光谱，非常接近的脉宽和功率参数，为孤子合成奠定了基础。

然后，需要通过精确调整泵浦脉冲之间的时间延迟，从而实现水平偏振孤子和竖直偏振孤子时间上的重合。而孤子的时间重合可以通过硅探测器的双光子电流来判断，其中，硅探测器上生成的双光子电流I_2p与脉冲能量E的平方成正比，公式为：

I_2p,⊥＝(E_⊥/2)²＝E² _⊥/4；

I_2p,//＝(E_///2)²＝E² _///4；

因此，I_2p,⊥＝I2_p,∥。

其中，I_2p,⊥和I_2p,∥分别是竖直偏振孤子和水平偏振孤子在硅探测器上产生的双光子电流，以上计算忽略了常数项。

当水平偏振和竖直偏振的孤子在时间上重合叠加后，合成孤子在硅探测器上生成的双光子电流变为：

I_2p,s＝(2E_⊥)²＝(2E_//)²＝16I_2p,⊥＝16I_2p,//；

也就是说，当水平偏振和竖直偏振的孤子在时间上叠加以后，通过检偏器以后，在硅探测器上产生的双光子电流是水平或者竖直偏振态孤子产生电流的16倍。

如图4所示的光谱测量数据，及如图5所示干涉自相关数据，可知通过以上检验方式，将水平偏振和竖直偏振的孤子在时间上叠加，与竖直或者水平偏振的孤子基本一致，合成后孤子的功率为151mW，正好是两路正交偏振孤子的功率之和。与预期相符，合成孤子的脉宽是83.7fs，基本与正交偏振的两个孤子相同。

结合实施例一，可以得出将水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上叠加后的功率，也即合成后的目标孤子的功率，为两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的功率之和；合成后的目标孤子的脉宽与水平偏振孤子和竖直偏振孤子的脉宽相同。

实施例三

如图6所示，本发明实施例提供了一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成装置60，包括：飞秒激光器61、半波片62、棒状光子晶体光纤54、第一偏振分离装置63、第二偏振分离装置65和准直透镜组66；

飞秒激光器61、半波片62、第一偏振分离装置63、棒状光子晶体光纤64和第二偏振分离装置65依次连接，准直透镜组66分别设置在棒状光子晶体光纤64的输入端和输出端；

飞秒激光器61，用于输出预设脉宽和预设重复频率的预设泵浦脉冲；

半波片62和第一偏振分离装置63，用于将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子；

其中，第一偏振分离装置中设有三维位移旋转台，三维位移旋转台，用于调整竖直偏振孤子输入棒状光子晶体光纤的角度；

棒状光子晶体光纤64，用于耦合两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在其中独立传输；

其中，棒状光子晶体光纤64，还调整两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子的波长相同；

第二偏振分离装置65，用于在棒状光子晶体光纤的输出端，分离水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在竖直偏振孤子中引入相反的延迟，以使水平偏振孤子和竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子；

准直透镜组66，用于准直棒状光子晶体光纤输入端和输出端的水平偏振孤子和竖直偏振孤子。

在本发明实施例中，第一偏振分离装置和第二偏振分离装置均包括一对偏振分束立方和一对银镜。

在本发明实施例中，第一偏振分离装置中设有三维位移旋转台；其中，第一偏振分离装置通过三维位移旋转台转换为第二偏振分离装置。

在本发明实施例中，棒状光子晶体光纤输出端设有长波滤波片；其中，长波滤波片，用于对水平偏振孤子和竖直偏振孤子进行滤波处理。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，其特征在于，包括：

将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子；

其中，所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子输出至所述棒状光子晶体光纤时具有延迟；

在所述棒状光子晶体光纤中，调整所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的波长相同；

在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子。

2.如权利要求1所述的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，其特征在于，所述预设泵浦脉冲为线偏振泵浦脉冲。

3.如权利要求1所述的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，其特征在于，所述将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在棒状光子晶体光纤中传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子，包括：

通过飞秒激光器产生预设脉宽和预设重复频率的所述预设泵浦脉冲；

使用半波片、第一偏振分离装置将所述泵浦脉冲分离为两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲。

4.如权利要求1所述的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，其特征在于，在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子，包括：

在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过第二偏振分离装置将所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子合束；

在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过第二偏振分离装置在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟；

在所述棒状光子晶体光纤输入端，通过三维位移旋转台和第一偏振分离装置，调整所述竖直偏振孤子的光程；

在所述棒状光子晶体光纤输出端，通过硅探测器的双光子电流判断所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的是否重合；

所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在所述棒状光子晶体光纤输出端的输出时间重合时，使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子合成为目标孤子。

5.如权利要求1所述的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成方法，其特征在于，在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，同时在所述棒状光子晶体光纤的输入端，调整所述竖直偏振孤子的光程，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子之前，还包括：

通过预设透过波长的长波通滤光片对所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子进行滤波处理。

6.一种基于棒状光子晶体光纤的孤子合成装置，其特征在于，包括：飞秒激光器、半波片、棒状光子晶体光纤、第一偏振分离装置、第二偏振分离装置和准直透镜组；

所述飞秒激光器、所述半波片、所述第一偏振分离装置、所述棒状光子晶体光纤和所述第二偏振分离装置依次连接，所述准直透镜组分别设置在所述棒状光子晶体光纤的输入端和输出端；

所述飞秒激光器，用于输出预设脉宽和预设重复频率的预设泵浦脉冲；

所述半波片和所述第一偏振分离装置，用于将预设泵浦脉冲分离成两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，在棒状光子晶体光纤中独立传输，并分别产生水平偏振孤子和竖直偏振孤子；

所述第一偏振分离装置中设有三维位移旋转台，所述三维位移旋转台，用于调整所述竖直偏振孤子的光程；

所述棒状光子晶体光纤，用于耦合所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲，以使所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲在其中独立传输；

所述棒状光子晶体光纤，还调整所述两个偏振态正交的线偏振泵浦脉冲的能量，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子的波长相同；

所述第二偏振分离装置，用于在所述棒状光子晶体光纤的输出端，分离所述水平偏振孤子和竖直偏振孤子后，在所述竖直偏振孤子中引入相反的所述延迟，以使所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子在时间上重合，合成具有双倍孤子能量的目标孤子；

所述准直透镜组，用于所述准直所述棒状光子晶体光纤输入端和输出端的所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子。

7.如权利要求6所述的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成装置，其特征在于，所述第一偏振分离装置和所述第二偏振分离装置均包括一对偏振分束立方和一对银镜。

8.如权利要求6所述的基于棒状光子晶体光纤的孤子合成装置，其特征在于，所述棒状光子晶体光纤输出端设有长波滤波片；

所述长波滤波片，用于对所述水平偏振孤子和所述竖直偏振孤子进行滤波处理。