图 6 (a) 基于飞秒频率梳选频的可调谐窄线宽激光器; (b)调谐输出光谱
Fig. 6 (a) The tunable narrow-linewidth fiber laser based on the frequency-selection from femtosecond frequency combs; (b) The tuning output spectrum
图 7 (a) 基于反向四波混频的可调谐窄线宽激光器;(b),(c)调谐输出光谱
Fig. 7 (a) The tunable narrow-linewidth fiber laser based on the reversed four-wave mixing; (b), (c) The tuning output spectrum
2.3 白光激光光源
白光光源的发展经历了卤钨灯、氘灯、半导体激光器、超连续谱光源等各个阶段。特别是超连续谱光源,在具有超强瞬态功率的飞秒或者皮秒脉冲的激励下,波导中产生各阶非线性效应,频谱被极大地展宽,能够覆盖从可见光到近红外波段,且具有很强的相干性。此外,通过调控特种光纤的色散和非线性值,其光谱甚至可以延展到中红外波段。此类激光光源在诸多领域得到了极大的应用,如光学相干断层扫描、气体探测、生物成像等。受光源和非线性介质的限制,早期超连续谱主要由固体激光器泵浦光学玻璃,产生可见光范围内的超连续谱。此后,光纤以其极大的非线性系数和极小的传输模场,逐渐成为产生宽带超连续谱的优良介质。其中的主要非线性效应包括四波混频、调制不稳定、自相位调制、交叉相位调制、孤子分裂、拉曼散射、孤子自频移等,且根据激励脉冲的脉宽和光纤的色散不同,各个效应所占比重也各不相同。总的来说,现在超连续谱光源主要朝着提高激光功率和拓展光谱范围发展,且注重对其相干性控制。
图 8为基于飞秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生超连续谱的相关结果。图 8(a)为75 cm光子晶体光纤端面,其中纤芯直径大约2.6 μm,非线性系数是2.210-19 m2/W,损耗约为1 dB/m,1550 nm波段色散约为-30 ps/(nm·km),零色散波长约为1300 nm。激励源脉宽为100 fs,中心波长为1550 nm,重频为80 MHz,平均功率为200 mW。将泵浦飞秒脉冲注入光子晶体光纤之后,产生的超连续谱波长从350 nm延伸到2200 nm,如图 8(b)所示。
图 8 (a) 光子晶体光纤截面图;(b)对应超连续谱
Fig. 8 (a) Cross section of the PCF; (b) Corresponding super-continuum
同理,利用多模光纤可以激发更为复杂的超连续谱,通过适当掺杂,其光谱宽度甚至可以从可见波段延伸到6.0 μm。图 9所示为利用500 fs激光激励1 m渐变多模光纤产生的超连续谱理论值。其中脉冲能量为300 nJ,中心波长1550 nm。该多模光纤的纤芯直径约为62.5 μm,数值孔径为0.275。在实际测试中,受测量设备限制,其各个波段的光谱如图 10所示。从中可知,超连续谱生成过程中分别包括色散波、拉曼孤子以及低阶重频。此时,受复杂的相位匹配条件影响,各横模的能量能够发生耦合,这为高能量、宽范围的超连续谱光源提供了可靠的产生途径。
图 9 1 m多模光纤的光谱演变图
Fig. 9 Total spectrum evolution through the 1 m fiber
图 10 泵浦能量为120 nJ (a)和180 nJ (b)时对应的光谱:(c)~(e)通过调整初始条件,光谱平整度和带宽被优化(泵浦能量为150 nJ);(f)~(l)不同初始条件下可见光波段的光谱分布(泵浦能量为150 nJ)
Fig. 10 (a), (b) Typical behavior for increasing energy (120 nJ to 180 nJ); (c)~(e) By adjusting the initial spatial excitation, we optimize the spectral uniformity and bandwidth (the energy for each plot is ~150 nJ). (f)~(l) Visible spectra (all ~150 nJ)
3 现状分析
上一节中主要介绍了用于光纤传感的激光光源的发展状况,主要包含窄线宽激光器,单频可调谐激光器以及白光激光器。
为了提高光学传感系统的测量范围、精度等,需要获得相干长度(表征激光线宽)更长,相位噪声(表征激光频率稳定性)以及强度噪声(表征激光功率稳定性)更低的窄线宽激光光源,故对于窄线宽激光器,其发展趋势应是利用新方法或新机制来获取超稳(噪声超低)、超纯(线宽超窄)的激光光源。为了提高传感系统测量移植性、探测范围和精度(相干探测解调、激光雷达等),在获得低噪声窄线宽激光器输出的前提下还需要实现激光器波长的可调谐。故对于单频可调谐激光器,其发展趋势应是拓展其频率的调谐范围,提高频率的调谐精度,以及缩短其频率调谐时间。为了拓展可调谐激光器的调谐范围,必须增大激光器本身的增益谱宽,故白光激光器的发展趋势主要是利用非线性效应进一步拓展其光谱宽度,覆盖其光学传感所需的光谱。
公司地址:天津市津南区双港镇睿科道10号研创产业园20号楼东3层 联系邮箱:sales@unistarcom.com 联系电话:022-8733-3678 转 804
版权所有© Copyright 2021-2024 天津寰宇星通科技有限公司 津ICP备2021006282号-1