超连续谱激光产生装置及系统的制作方法

本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及超连续谱激光产生装置及系统。

背景技术：

超连续谱技术能在广阔的光谱范围内同时产生高重复率的多波长短脉冲光。由于它具有高的输出功率、平坦的宽带光谱、高度的空间相干性等特点，能大大提高信噪比、减小测量时间以及加宽光谱测量范围。从而产生的超连续谱白光光源在激光显示、激光照明等领域应用前景非常广阔。

但是，根据资料显示，现如今超连续谱装置可达到的光谱范围大约为400nm～1.7μm之间，泵浦非线性光子晶体光纤的中心波长为1μm左右。这样产生的超连续光谱，主要能量分布集中在中红外波段(760nm～1mm)，而可见光波段(400nm～760nm)的转换效率很低，因此不能很好的用来当作激光显示光源。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供超连续谱激光产生装置及系统，以提高可见光波段的转换效率，获得高功率稳定的白光输出。

第一方面，本发明实施例提供了一种超连续谱激光产生装置，其中，包括在同一光路上依次设置的：激光器、光纤放大器、倍频器和光子晶体光纤；

所述激光器，用于提供第一短脉冲激光；

所述光纤放大器，用于将所述第一短脉冲激光进行信号放大，输出第二短脉冲激光；

所述倍频器，用于对所述第二短脉冲激光按照预设倍频次数进行转换，输出第三短脉冲激光；

所述光子晶体光纤，用于对所述第三短脉冲激光进行非线性转化，输出超连续谱激光。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一短脉冲激光的中心波长范围为0.95～1.3μm。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第三短脉冲激光的中心波长范围为470～650nm。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述超连续谱激光的波长范围为350～900nm。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述激光器为半导体激光器、飞秒激光器、光纤激光器或者固体激光器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述光纤放大器为掺镱光纤放大器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述光纤放大器为一级放大或者多级放大。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述倍频器为二倍频器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述光子晶体光纤为非线性光纤。

第二方面，本发明实施例还提供一种超连续谱激光产生系统，其中，包括激光吸收装置，以及包括如上任一项所述超连续谱激光产生装置，所述激光吸收装置设置于所述超连续谱激光产生装置的输出端；

所述激光吸收装置，用于将超连续谱激光中的非可见光波段的激光进行吸收。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的超连续谱激光产生装置及系统包括在同一光路上依次设置的：激光器、光纤放大器、倍频器和光子晶体光纤，通过激光器提供中心波长为0.95～1.3μm的第一短脉冲激光，光纤放大器将第一短脉冲激光进行信号放大，输出第二短脉冲激光，倍频器对第二短脉冲激光按照预设倍频次数进行转换，输出中心波长范围为470～650nm的第三短脉冲激光，光子晶体光纤对第三短脉冲激光进行非线性转化，输出波长范围为350～900nm的超连续谱激光。本发明可以提高可见光波段的转换效率，获得高功率稳定的白光输出。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的超连续谱激光产生装置示意图；

图2为本发明实施例一提供的光子晶体光纤结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的超连续谱激光产生系统示意图；

图4为本发明实施例三提供的超连续谱激光产生方法示意图。

图标：

100-超连续谱激光产生装置；110-激光器；120-光纤放大器；130-倍频器；140-光子晶体光纤；200-激光吸收装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

超连续谱技术能在广阔的光谱范围内同时产生高重复率的多波长短脉冲光。由于它具有高的输出功率、平坦的宽带光谱、高度的空间相干性等特点，能大大提高信噪比、减小测量时间以及加宽光谱测量范围。从而产生的超连续谱白光光源在激光显示、激光照明等领域应用前景非常广阔。

但是，根据资料显示，现如今超连续谱装置可达到的光谱范围大约为400nm～1.7μm之间，泵浦非线性光子晶体光纤的中心波长为1μm左右。这样产生的超连续光谱，主要能量分布集中在中红外波段(760nm～1mm)，而可见光波段(400nm～760nm)的转换效率很低，因此不能很好的用来当作激光显示光源。

基于此，本发明实施例提供的超连续谱激光产生装置及系统，可以提高可见光波段的转换效率，获得高功率稳定的白光输出。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的超连续谱激光产生装置进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的超连续谱激光产生装置示意图。

参照图1，超连续谱激光产生装置100包括在同一光路上依次设置的：激光器110、光纤放大器120、倍频器130和光子晶体光纤140。

激光器110，用于提供第一短脉冲激光；第一短脉冲激光的中心波长为1μm左右，范围为0.95～1.3μm，比如可以为1.064μm。

光纤放大器120，用于将第一短脉冲激光进行信号放大，输出第二短脉冲激光；第二短脉冲激光与第一短脉冲激光的中心波长相同；这里的光纤放大器120为一级放大或者多级放大。

倍频器130，用于对第二短脉冲激光按照预设倍频次数进行转换，输出第三短脉冲激光；倍频器130为二倍频器，将第二短脉冲激光进行转换，输出中心波长为500nm左右、范围为470～650nm的第三短脉冲激光，第三短脉冲激光为绿光，比如中心波长可以为532nm。

光子晶体光纤140，用于对第三短脉冲激光进行非线性转化，输出超连续谱激光。光子晶体光纤140通过改变第三短脉冲激光的中心波长，使输出的超连续谱激光展宽范围为350～900nm，其中主要集中在400～760nm。400～760nm波段的为可见光。光子晶体光纤140为非线性光纤。

具体的，超连续谱技术能在广阔的光谱范围内同时产生高重复率的多波长短脉冲光。由于它具有高的输出功率、平坦的宽带光谱、高度的空间相干性等特点，能大大提高信噪比、减小测量时间以及加宽光谱测量范围。从而产生的超连续谱白光光源在激光显示、激光照明等领域应用前景非常广阔。

在本实施例中，通过加入倍频器130，将1μm左右的泵浦光倍频成500nm左右的绿光，通过改变中心波长，使超连续谱在可见光范围内的转换效率增高，能量集中在可见光范围内，可获得高功率稳定的白光输出，从而实现激光显示光源的目的。

根据本发明的示例性实施例，激光器110为半导体激光器、飞秒激光器、光纤激光器或者固体激光器。

具体的，激光器110可以为ingaasp/inp半导体激光器，具有效率高、体积小、重量轻且价格低等优势。

激光器110也可以为光纤激光器，光纤激光器的尾纤与光纤放大器120的输入端熔接，通过尾纤直接向光纤放大器120输入第一短脉冲激光。

根据本发明的示例性实施例，光纤放大器120优先选择掺镱光纤放大器。

具体的，光纤放大器120技术就是在光纤的纤芯中掺入能产生激光的稀土元素，通过激光器110提供的直流光激励，使通过的光信号得到放大。掺镱光纤放大器是在石英光纤的纤芯中掺入适量浓度的镱离子(yb3+)。由于镱离子的能级结构简单，在泵浦光以及信号光波长下，存在多重激发态吸收，光转换效率高，大的能级间隔消除了非辐射弛豫时间以及浓度猝灭等，因此在该实施例中可以优选掺镱光纤放大器。

倍频器130可以为波导型光纤倍频器。

具体的，波导型光纤倍频器的输入端连接光纤放大器120的输出端，可以与光纤放大器120集成于一个模块中。

另外，倍频器130还可以为晶体倍频器。晶体倍频器包括ktp(ktiopo4，磷酸钛氧钾)晶体或ln(linbo3，铌酸锂)晶体以及变频耦合器，ktp晶体或ln晶体通过变频耦合器实现相位匹配。

光子晶体光纤140为非线性光纤。其中，光子晶体光纤140可以包括但并不限于：按照其导光机理可以分为两大类，即折射率导光型和带隙引导型。

具体的，带隙引导型的光子晶体光纤140的结构图可参照图2，由纯石英纤芯和具有周期性空气孔结构的包层组成，其中纤芯为中空结构。带隙引导型光子晶体光纤140通过改变空气孔的大小、间距和石英材料的折射率，使得光子晶体光纤140的色散和非线性特性发生复杂改变，从而使得利用光子晶体光纤140产生的超连续谱的光谱宽度符合需求。

实施例二：

图3为本发明实施例二提供的超连续谱激光产生系统示意图。

参照图3，超连续谱激光产生系统包括激光吸收装置200，以及包括如上所述的超连续谱激光产生装置100，激光吸收装置200设置于超连续谱激光产生装置100的输出端；

激光吸收装置200，用于将超连续谱激光中的非可见光波段的激光进行吸收。

具体的，为了避免由超连续谱激光产生装置100出射的非可见光波段的激光造成安全隐患，本实施例提供的超连续谱激光产生系统还包括激光吸收装置200。激光吸收装置200设置在超连续谱激光产生装置100的壳体外，用于吸收经光子晶体光纤140输出的非可见光波段的激光，使得输出的光主要集中在400～760nm的中心波长范围内。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的超连续谱激光产生装置及系统包括在同一光路上依次设置的：激光器、光纤放大器、倍频器和光子晶体光纤，通过激光器提供中心波长范围为0.95～1.3μm的第一短脉冲激光，光纤放大器将第一短脉冲激光进行信号放大，输出第二短脉冲激光，倍频器对第二短脉冲激光按照预设倍频次数进行转换，输出中心波长范围为470～650nm左右的第三短脉冲激光，光子晶体光纤对第三短脉冲激光进行非线性转化，输出波长范围约为350～900nm的超连续谱激光。本发明可以提高可见光波段的转换效率，获得高功率稳定的白光输出。

实施例三：

图4为本发明实施例三提供的超连续谱激光产生方法示意图。

参照图4，超连续谱激光产生方法包括如下步骤：

步骤s110，提供第一短脉冲激光；

具体的，通过激光器提供中心波长范围为0.95～1.3μm第一短脉冲激光，作为种子光源。

步骤s120，将第一短脉冲激光进行信号放大，输出第二短脉冲激光；

具体的，通过具有光学增益功能的光纤放大器，将第一短脉冲激光进行信号放大，输出第二短脉冲激光，第二短脉冲激光与第一短脉冲激光的中心波长相同。

步骤s130，对第二短脉冲激光按照预设倍频次数进行转换，输出第三短脉冲激光；

具体的，通过二倍频器，将中心波长范围为0.95～1.3μm的泵浦光倍频成中心波长范围为470～650nm的绿光。

步骤s140，对第三短脉冲激光进行非线性转化，输出超连续谱激光；

具体的，通过光子晶体光纤对第三短脉冲激光进行非线性转化，输出中心波长范围为在350～900nm波段的为可见光。

步骤s150，将超连续谱激光中的非可见光波段的激光进行吸收。

具体的，通过激光吸收装置将非可见光波段的激光进行吸收，使得输出的光主要集中在400～760nm的中心波长范围内。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的超连续谱激光产生方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的超连续谱激光产生方法的步骤。

本发明实施例所提供的超连续谱激光产生装置及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。