一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统

1.本实用新型属于光纤激光技术领域，尤其涉及一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统，可获取带宽好、相干性高、信噪比强的超连续谱。


背景技术：

2.在连续泵浦产生超连续谱的过程中，由随机噪声引起的mi(调制不稳定性)形成sc信号谱展宽的演化是不稳定的。在mi条件下噪声被不断放大，脉冲分裂为基阶孤子，大量孤子红移过程中产生孤子碰撞，实现能量转移。在sc信号长波长波段产生光流氓波，统计表明其特征为l型分布，且其产生极其不稳定；在实际应用方面，如光学相干断层扫描(oct)、高光谱成像、光子计数检测系统等，都需要高相干性和脉冲间高稳定性的超连续谱作为基础。因此，如何有效调制畸形波产生成为重要课题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统，通过两个种子脉冲同时调控连续泵浦产生超连续谱，用两个种子光替代噪声引起mi，对光畸形波进行控制利用，可实现超连续谱的相干性、信噪比等性能的进一步加强。
4.本实用新型通过以下方案实现：设计一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统，其特征在于，该系统包括第一光纤激光器、第二光纤激光器、第三光纤激光器、光纤合束器、光子晶体光纤，其中第一光纤激光器、第二光纤激光器、第三光纤激光器均通过光纤电缆与光纤合束器的三个输入端接口连接，光纤合束器的输出端与光子晶体光纤的一端连接，光子晶体光纤的另一端为系统的输出端；
5.第一光纤激光器和第三光纤激光器均输出皮秒量级脉冲激光，产生弱种子脉冲；第二光纤激光器输出连续波激光，产生连续泵浦脉冲；三个光纤激光器均为同一波段的激光器，即短波段红外光；
6.第一光纤激光器和第三光纤激光器产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器产生的连续泵浦脉冲均输入到光纤合束器的输入端，光纤合束器用于将第一光纤激光器、第二光纤激光器和第三光纤激光器输出的激光耦合到光子晶体光纤中；第一光纤激光器和第三光纤激光器产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器产生的连续泵浦脉冲存在频率差，其中，设置第一光纤激光器产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器产生的连续泵浦脉冲频率差为光纤合束器输入端只接入该两个激光器时，获得最高信噪比sc信号时的频率差值；设置第三光纤激光器产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器产生的连续泵浦脉冲频率差为光纤合束器输入端只接入该两个激光器时，获得最大带宽sc信号时的频率差值；
7.与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：本实用新型设计的一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统利用三个激光器同时产生不同的脉冲，采用连续脉冲作为泵浦，同时在调制频率为最佳展宽带宽处和最佳的信噪比、相干性处加入两个皮秒量级的弱种子脉冲，均位于光子晶体光纤的反常色散区，可以有效地对光畸形波在长波长处产生的
随机性进行调控，激光器产生的三束激光脉冲通过光纤合束器，然后进入单模光子晶体光纤进行非线性作用，这样系统在输出端实现了更宽带宽和更强相干性、信噪比的超连续谱的产生。
附图说明
8.图1是本实用新型一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统一种实施例的原理示意图。
9.图2为本实用新型一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统一种实施例的对三种具有频率差激光的耦合示意图。
具体实施方式
10.为更清晰明确表达本实用新型的目的、技术方案以及优点，以下结合附图以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
11.如图1所示，本实用新型提供一种基于三个光纤激光器产生超连续谱的系统，该系统包括第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三光纤激光器3、光纤合束器4、光子晶体光纤5，其中第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三光纤激光器3均通过光纤电缆与光纤合束器4的三个输入端接口连接，光纤合束器4的输出端与光子晶体光纤5的一端连接，光子晶体光纤5的另一端为系统的输出端。
12.第一光纤激光器1和第三光纤激光器3均输出皮秒量级脉冲激光，产生弱种子脉冲；第二光纤激光器2输出连续波激光，产生连续泵浦脉冲；三个光纤激光器均为同一波段的激光器，即短波段红外光。
13.第一光纤激光器1和第三光纤激光器3产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器2产生的连续泵浦脉冲均输入到光纤合束器4的输入端，光纤合束器4用于将第一光纤激光器1、第二光纤激光器2和第三光纤激光器3输出的激光耦合到光子晶体光纤5中。第一光纤激光器1和第三光纤激光器3产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器2产生的连续泵浦脉冲存在频率差，其中，设置第一光纤激光器1产生的弱种子脉冲与第二光纤激光器2产生的连续泵浦脉冲频率差为光纤合束器4输入端只接入该两个激光器时，获得最高信噪比sc信号时的频率差值；设置第三光纤激光器3产生弱种子脉冲与第二光纤激光器2产生的连续泵浦脉冲频率差为光纤合束器4输入端只接入该两个激光器时，获得最大带宽sc信号时的频率差值；
14.所使用的光子晶体光纤5为单模光子晶体光纤，光子晶体光纤5的非线性系数、色散系数以及连续泵浦脉冲的输入平均功率决定了调制不稳定性增益谱的最大增益频率值。种子光频率调节范围为0thz～63thz(光纤调制不稳定性增益谱的最大增益频率值)。
15.光子晶体光纤5为单零色散点的单模光子晶体光纤h1050，该单模光子晶体光纤h1050在泵浦波长处的参数为：非线性系数γ＝0.011w-1
m-1
，各阶色散：β2＝-1.31
×
10-27
s2/m，β3＝7.26
×
10-41
s3/m，β4＝-1.14
×
10-55
s4/m，β5＝
16.2.7310-70
s5/m，β6＝-9.80
×
10-85
s6/m，该单模光子晶体光纤h1050的零色散点位于1055nm，最大调制不稳定性增益频率为62.15thz，考虑到连续波泵浦为的形式，无需考虑连续泵浦与皮秒量级种子脉冲之间的时间延迟。
17.第二光纤激光器2产生的连续泵浦脉冲的中心波长为1064nm，位于光纤的反常色
散区，其输出平均功率为230w；第一光纤激光器1和第三光纤激光器3产生的弱种子脉冲1、弱种子脉冲2其输出功率范围均为连续泵浦脉冲的输出平均功率的0.01％～1％，连续可调。
18.光纤合束器4的型号为：1064nm(2+1)
×
1泵浦&信号光纤合束器。
19.利用本系统的第一光纤激光器、第二光纤激光器产生弱种子脉冲1和连续光泵浦脉冲，调节弱种子脉冲1与连续泵浦脉冲频率差约在30thz～45thz连续变化，在系统的输出端连接光谱分析仪6，通过统计此区间调制频率下每个频率差的200次系统模拟得到输出脉冲形状及其平均值和200次的rw出现直方图，通过对比不同频率差值下产生结果，表明在37thz调制频率下，即调制不稳定性增益谱的最大增益频率值的3/5左右处，其产生的rw具有更大更稳定的幅度，sc信号的信噪比更高。
20.利用本系统的第二光纤激光器、第三光纤激光器产生连续光泵浦脉冲和弱种子脉冲2，调节激光器使得弱种子脉冲2与泵浦光源频率差从0thz～63thz连续可变，在系统的输出端连接光谱分析仪6，统计每个频率差的200次系统输出端的产生的sc信号及其平均值和200次的rw出现直方图，通过对比不同频率差值下产生结果，得到在最大调制不稳定性增益频率62thz左右处获得sc信号的最大带宽。
21.利用本系统的第一光纤激光器1、第二光纤激光器2、第三光纤激光器3产生弱种子脉冲1、连续光泵浦脉冲和弱种子脉冲2，利用第一光纤激光器将弱种子脉冲1的调制频率调整为37thz左右，利用第三光纤激光器将弱种子脉冲2频率的调制频率调整为62thz左右，两个种子脉冲同时对光畸形波进行调控，在系统的输出端连接光谱分析仪6，不断记录输出结果，不断调整两个种子光的调制频率以及调制深度，系统输出端观察统计200次系统输出端的产生的sc信号及其平均值和200次的rw(光流氓波)出现直方图，通过对比分析，加入两个种子光的系统可以使sc的信噪比、带宽同时得到很好地调控。
22.如图2，给出了连续泵浦脉冲(cw pump)和两个弱种子脉冲(seed1、seed2)的频域图，其存在频域差，在光子晶体光纤中经过非线性作用，输出超连续谱。
23.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，在不脱离本实用新型内容的基础上，对此实用新型系统做出各种改进，仍为本实用新型的保护范围之内。
24.本实用新型未述及之处适用于现有技术。