本發(fā)明主要涉及到光纖激光，尤其是一種利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源。

背景技術(shù)：

1、光譜可靈活調(diào)控的光纖激光器在波分復(fù)用通信、激光生物醫(yī)學(xué)、高光譜成像、光聲光譜學(xué)以及激光泵浦等方面具有廣泛的應(yīng)用。特別地，可見光波段光譜可靈活調(diào)控的光源在光纖傳感、醫(yī)學(xué)成像、多光譜激光雷達(dá)等方面具有應(yīng)用。

2、光譜可靈活調(diào)控，包括實(shí)現(xiàn)輸出多波長、波長數(shù)量可調(diào)、每個波長的線寬、強(qiáng)度可獨(dú)立調(diào)諧，以及波長的間隔可調(diào)諧等方面。研究人員利用非線性效應(yīng)，如四波混頻、級聯(lián)受激布里淵散射，或者濾波器結(jié)構(gòu)，例如lyot濾波器、sagnac環(huán)、m-z干涉儀、f-p干涉儀等，實(shí)現(xiàn)多波長輸出。然而，受限于增益光纖稀土離子的增益波段，激光器通常只能工作在紅外波段，同時由于濾波原理限制，難以同時實(shí)現(xiàn)多個維度的光譜調(diào)控，因此難以滿足波分復(fù)用通信、部分相干光成像等對光譜形狀、光源相干性有需求的應(yīng)用場合。而在聲光可調(diào)濾波器中，可以通過調(diào)整射頻信號的頻率、強(qiáng)度和通道數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對輸出波長數(shù)量、波長間隔、強(qiáng)度等參數(shù)的獨(dú)立調(diào)控。

3、實(shí)現(xiàn)可見光輸出的一種成熟的技術(shù)是非線性頻率變換，然而受限于嚴(yán)格的準(zhǔn)相位匹配帶寬需求，波長的偏移和線寬的增加將導(dǎo)致輸出功率的下降，因而難以實(shí)現(xiàn)光譜可定制的可見光輸出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有可調(diào)諧的可見光光源難以實(shí)現(xiàn)光譜可定制的可見光輸出的缺陷，本發(fā)明提供一種利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，利用啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)極大地放寬準(zhǔn)相位匹配的要求。進(jìn)一步地，結(jié)合啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)和聲光可調(diào)濾波器，可以利用混合非線性過程(包括倍頻、和頻)，克服濾波器通道數(shù)量有限的缺點(diǎn)，大幅拓展輸出波長數(shù)量，同時輸出光譜具有波長數(shù)量、強(qiáng)度、間隔、線寬可調(diào)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多波長、光譜可靈活調(diào)控的可見光輸出。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，包括光譜可定制的種子源、光纖放大器、啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)、波分復(fù)用器、基頻光輸出端、可見光輸出端；

4、光譜可定制的種子源輸出所需光譜的種子光；光譜可定制的種子源連接光纖放大器的輸入端，光纖放大器的輸出端連接啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)的輸入端，啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)的輸出端連接波分復(fù)用器的輸入端，波分復(fù)用器的一個輸出端連接基頻光輸出端，波分復(fù)用器的另一個輸出端連接可見光輸出端。

5、本發(fā)明中：光譜可定制的種子源輸出所需光譜的種子光；將光譜可定制的種子源輸出的種子光注入光纖放大器中，獲得高功率的基頻光輸出；光纖放大器輸出的基頻光注入啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)中，發(fā)生非線性頻率轉(zhuǎn)換，獲得光譜可定制的多波長可見光輸出；其中啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)的極化周期所對應(yīng)的波長范圍需要覆蓋所需光譜的范圍。波分復(fù)用器將基頻光與可見光分離，基頻光從基頻光輸出端輸出，可見光從可見光輸出端輸出。

6、優(yōu)選地，所述光譜可定制的種子源包括超熒光光纖光源和聲光可調(diào)濾波器，超熒光光纖光源連接聲光可調(diào)濾波器的輸入端，聲光可調(diào)濾波器的輸出端連接光纖放大器的輸入端。超熒光光纖光源提供初始種子光，通過聲光可調(diào)濾波器根據(jù)所需光譜定制初始種子光的透過光譜，實(shí)現(xiàn)對超熒光種子源的光譜的定制輸出，方法包括：先確定所需的超熒光種子源的光譜，然后根據(jù)所需的超熒光種子源的光譜設(shè)置聲光可調(diào)濾波器的射頻通道數(shù)以及射頻強(qiáng)度；初始種子光通過聲光可調(diào)濾波器實(shí)現(xiàn)對超熒光種子源的光譜的定制輸出。

7、優(yōu)選地，所述光譜可定制的種子源的另一種實(shí)現(xiàn)方式，所述光譜可定制的種子源包括聲光可調(diào)濾波器、半導(dǎo)體激光器、(n+1)×1的光纖泵浦/信號合束器、摻鐿光纖、光纖耦合器與光纖隔離器；

8、半導(dǎo)體激光器有n個，n大于等于1；光纖耦合器為能夠?qū)⑤斎脒M(jìn)來的光束按照一定的分光比例分為兩路光束輸出的光纖耦合器；

9、n個半導(dǎo)體激光器的輸出尾纖連接(n+1)×1的光纖泵浦/信號合束器的n個泵浦臂，光纖泵浦/信號合束器的合束端連接摻鐿光纖的輸入端，摻鐿光纖的輸出端連接光纖耦合器的輸入端，光纖耦合器具有兩個輸出端，光纖耦合器的第一輸出端連接聲光可調(diào)濾波器，聲光可調(diào)濾波器連接光纖隔離器后接入(n+1)×1的光纖泵浦/信號合束器的信號輸入臂；光纖耦合器的第二輸出端連接光纖放大器的輸入端；

10、(n+1)×1的光纖泵浦/信號合束器、摻鐿光纖、光纖耦合器、聲光可調(diào)濾波器、光纖隔離器連接成一個環(huán)形腔，聲光可調(diào)濾波器在環(huán)形腔中提供激光增益反饋，光纖隔離器用于阻礙反方向行波。

11、本發(fā)明提供一種利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源通過結(jié)合濾波器的光譜調(diào)控能力以及啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)中的混合非線性過程，可以在保持良好光譜調(diào)控能力的同時，極大地拓展可見光波長數(shù)量輸出。相對于現(xiàn)有技術(shù)中普通的可調(diào)諧的可見光光源，本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果：

12、與基于其他技術(shù)的多波長激光器相比，本發(fā)明使用聲光可調(diào)濾波器可以實(shí)現(xiàn)更為靈活的光譜定制，如波長數(shù)量、強(qiáng)度、間隔可調(diào)。

13、本發(fā)明利用啁啾鈮酸鋰波導(dǎo)的混合非線性過程可以極大地拓展光源輸出波長數(shù)量，從而彌補(bǔ)聲光可調(diào)濾波器輸出波長數(shù)量較少的缺點(diǎn)。具體來說，當(dāng)啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)的輸入波長數(shù)量為m時，啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)的輸出波長的數(shù)量最多為m+0.5*m！/(m-2)！。

技術(shù)特征：

1.利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，包括光譜可定制的種子源、光纖放大器、啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)、波分復(fù)用器、基頻光輸出端、可見光輸出端；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，光譜可定制的種子源輸出所需光譜的種子光；將光譜可定制的種子源輸出的種子光注入光纖放大器中，獲得高功率的基頻光輸出；光纖放大器輸出的基頻光注入啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)中，發(fā)生非線性頻率轉(zhuǎn)換，獲得光譜可定制的多波長可見光輸出；波分復(fù)用器將基頻光與可見光分離，基頻光從基頻光輸出端輸出，可見光從可見光輸出端輸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)的極化周期所對應(yīng)的波長范圍需要覆蓋所需光譜的范圍。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，光譜可定制的種子源包括超熒光光纖光源和聲光可調(diào)濾波器，超熒光光纖光源連接聲光可調(diào)濾波器的輸入端，聲光可調(diào)濾波器的輸出端連接光纖放大器的輸入端。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，超熒光光纖光源提供初始種子光，通過聲光可調(diào)濾波器定制初始種子光的透過光譜，實(shí)現(xiàn)對超熒光種子源的光譜的定制輸出，包括：先確定所需的超熒光種子源的光譜，然后根據(jù)所需的超熒光種子源的光譜設(shè)置聲光可調(diào)濾波器的射頻通道數(shù)以及射頻強(qiáng)度；初始種子光通過聲光可調(diào)濾波器實(shí)現(xiàn)對超熒光種子源的光譜的定制輸出。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，根據(jù)所需的超熒光種子源的光譜設(shè)置聲光可調(diào)濾波器的射頻通道數(shù)以及射頻強(qiáng)度，方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，光譜可定制的種子源包括聲光可調(diào)濾波器、半導(dǎo)體激光器、(n+1)×1的光纖泵浦/信號合束器、摻鐿光纖、光纖耦合器與光纖隔離器；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，其特征在于，n個半導(dǎo)體激光器輸出的激光經(jīng)(n+1)×1的光纖泵浦/信號合束器耦合進(jìn)入摻鐿光纖，激發(fā)出寬譜的ase光，由摻鐿光纖經(jīng)光纖耦合器進(jìn)行分光，分出一小部分激光由光纖耦合器的第一輸出端進(jìn)入到聲光可調(diào)濾波器；根據(jù)所需光譜設(shè)置聲光可調(diào)濾波器的射頻通道數(shù)以及射頻強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對光譜可定制的種子源輸出種子激光光譜的可定制輸出；聲光可調(diào)濾波器輸出所需光譜形狀的激光，然后經(jīng)過光纖隔離器，再由光纖泵浦/信號合束器耦合進(jìn)入摻鐿光纖，提供激光增益反饋，使得具有所需光譜的激光進(jìn)一步被增強(qiáng)，形成激光振蕩，由光纖耦合器的第二輸出端輸出。

技術(shù)總結(jié)
針對現(xiàn)有可調(diào)諧的可見光光源難以實(shí)現(xiàn)光譜可定制的可見光輸出的缺陷，本發(fā)明提供一種利用混合非線性過程提升光譜性能的多波長可見光光源，利用啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)極大地放寬準(zhǔn)相位匹配的要求。進(jìn)一步地，結(jié)合啁啾極化周期鈮酸鋰波導(dǎo)和聲光可調(diào)濾波器，可以利用混合非線性過程(包括倍頻、和頻)，克服濾波器通道數(shù)量有限的缺點(diǎn)，大幅拓展輸出波長數(shù)量，同時輸出光譜具有波長數(shù)量、強(qiáng)度、間隔、線寬可調(diào)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多波長、光譜可靈活調(diào)控的可見光輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：許將明,何俊鴻,葉俊,柯延釗,郭藝東,成文文,杜壘,梁峻銳,馬小雅,張揚(yáng),陶悅,姜曼,姚天甫,吳堅,李燦,李俊,冷進(jìn)勇,周樸
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19