一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器

1.本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器。


背景技术：

2.波段覆盖紫外到中红外的宽带光源包含大量的分子吸收区域，可以广泛的应用于分子识别和环境监测领域。当下，开发宽带光源的主要技术途径是超连续谱产生(scg)，scg是指高强度激光泵浦非线性介质，在色散和非线性效应共同作用下，光谱获得极大展宽的现象，其具有高光谱亮度、超宽带宽和易于集成等优点。
3.随着商用的1μm和1.55μm的超快锁模脉冲光纤激光器以及光子晶体光纤(pcf)和高非线性掺锗光纤的发展，现有研究将脉冲激光经过mopa放大，再经pcf或者高非线性光纤非线性拓展可以产生覆盖到紫外或者覆盖到中红外的超连续谱。但是，其产生的超连续谱光谱范围窄、且光谱存在残余泵浦尖峰导致平坦度被破坏，而在实际应用中，宽带的超连续谱会具有更高的信号分辨率，可以准确识别信号各频率成分；平坦型的超连续谱则具有更强的抗干扰能力，能够在噪声环境中稳定工作，且易于数据处理。如果针对目前的技术进行改进，将光谱覆盖紫外到中红外波段，且光谱在整个波段属于平坦型，没有残余泵浦尖峰，会使得此类超连续谱在分子识别和环境监测应用上，具有更高的识别精度，更宽的监测能力。
4.传统的技术方案采用单一波长泵浦，产生的光谱范围有限且存在残余泵浦尖峰，检测和识别分子能力也受到一定限制。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，该全光纤激光器包括顺次连接的双波长功率放大及合束结构、短波紫外波段超连续谱产生结构以及长波中红外波段超连续谱产生结构；
7.双波长功率放大及合束结构包括经第一波长功率放大子结构、第二波长功率放大子结构，两个子结构输出的两波长光经波分复用器进行耦合；第一波长功率放大子结构包括顺次连接的第一激光器、第一多级光纤放大器，第一多级光纤放大器用于提升第一激光器输出的第一波长光的功率；第二波长功率放大子结构包括顺次连接的第二激光器、第二多级光纤放大器，第二多级光纤放大器用于提升第二激光器输出的第二波长光的功率；
8.短波紫外波段超连续谱产生结构包括顺次连接的光子晶体光纤和第五稀土离子掺杂光纤，光子晶体光纤用于产生第二波长光的紫外波段超连续谱，第五稀土离子掺杂光纤用于吸收第二波长光的残余泵浦尖峰；
9.长波中红外波段超连续谱产生结构包括顺次连接的第五光纤放大器、模场适配
器、掺杂浓度大于64mol.％-100mol.％的高非线性光纤、以及第七稀土离子掺杂光纤；第五光纤放大器用于提升第一波长光的功率；掺杂浓度为64mol.％-100mol.％的的高非线性光纤用于产生第一波长光的中红外波段超连续谱；第七稀土离子掺杂光纤用于吸收第一波长光的残余泵浦尖峰。
10.在一示例中，所述第七稀土离子掺杂光纤输出端还连接有掺杂浓度为70mol.％-100mol.％的掺杂光纤，用于拓展长波中红外波段。
11.在一示例中，所述掺杂光纤为掺锗光纤或氟碲酸盐光纤或氟化物光纤或硫化物光纤。
12.在一示例中，所述第一激光器为1300nm-1700nm的脉冲光纤激光器或光谱范围覆盖1300nm-1700nm的超连续谱激光器；第二激光器为900nm-1200nm的脉冲光纤激光器或光谱范围覆盖900nm-1200nm的超连续谱激光器。
13.在一示例中，所述第一多级光纤放大器包括顺次连接的第一预放大器和第一主放大器；
14.第一预放大器包括顺次连接的第三激光器、第一合束器以及第一稀土离子掺杂光纤，第一稀土离子掺杂光纤为掺铒镱增益光纤或掺铒光纤或掺镱增益光纤；第一主放大器包括顺次连接的第四激光器、第二合束器以及第二稀土离子掺杂光纤，第二稀土离子掺杂光纤为掺铒镱增益光纤或掺铒光纤或掺镱增益光纤。
15.在一示例中，所述第二多级光纤放大器包括顺次连接的第二预放大器和第二主放大器；
16.第二预放大器包括顺次连接的第五激光器、第三合束器以及第三稀土离子掺杂光纤，第三稀土离子掺杂光纤为掺镱增益光纤或掺铒增益光纤或掺钕增益光纤或掺铥增益光纤；第二主放大器包括顺次连接的第六激光器、第四合束器以及第四稀土离子掺杂光纤，第四稀土离子掺杂光纤为掺镱增益光纤或掺铒增益光纤或掺钕增益光纤或掺铥增益光纤。
17.在一示例中，预放大器与主放大器之间设有隔离器。
18.在一示例中，所述第五稀土离子掺杂光纤为在第二波长附近具有吸收峰的稀土掺杂光纤，为掺铒石英光纤或掺铥石英光纤或掺钕石英光纤或掺铒镱石英光纤。
19.在一示例中，所述第五光纤放大器包括顺次连接的第七激光器、第五合束器以及第六稀土离子掺杂光纤，第六稀土离子掺杂光纤为大模场双包层铒镱共掺光纤或大模场掺铒光纤。
20.在一示例中，所述第七稀土离子掺杂光纤为在第一波长附近具有吸收峰的稀土掺杂光纤，为单模掺铥石英光纤或掺铒石英光纤、掺铒镱石英光纤、掺铥钬石英光纤。要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
21.与现有技术相比，本发明有益效果是：
22.本发明双波长泵浦非线性光纤并引入稀土掺杂光纤来消除泵浦残余尖峰相结合的方式，在光谱得到大幅度拓展的基础上，同时实现光谱全波段的平坦输出。一方面，第二波长泵浦易于产生覆盖紫外波段的光谱，第一波长泵浦易于产生覆盖中红外波段光谱，采用双波长泵浦，能够有效的将两种波长泵浦所产生的超连续谱整合到一个光谱上，实现紫外到中红外的超连续谱输出，大幅提升超连续谱光谱覆盖范围；另一方面，通过接入稀土掺杂的石英光纤，利用稀土离子在两种波长处的吸收带，吸收两种波长在光谱上的泵浦残余
尖峰，实现输出光谱的平坦整形，从而提高超连续谱的平坦度，以此提高检测和分子识别能力。
附图说明
23.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
24.图1为一示例中全光纤结构装置示意图；
25.图2为本发明双波长功率放大及合束结构示意图；
26.图3为本发明短波紫外波段超连续谱产生结构示意图；
27.图4为本发明长波中红外波段超连续谱产生结构示意图；
28.图5为另一示例中全光纤结构装置示意图；
具体实施方式
29.下面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。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，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，使用序数词(例如，“第一和第二”、“第一至第四”等)是为了对物体进行区分，并不限于该顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“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。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.实施例1
34.一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，具体以1.064μm种子源、1.55μm种子源实现的紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器为例进行说明，如图1所示，此时全光纤激光器具体包括顺次连接的双波长功率放大及合束结构、短波紫外波段超连续谱产生结构以及长波中红外波段超连续谱产生结构。
35.双波长功率放大及合束结构包括1550nm脉冲光纤激光器(1550nm pulsed fiber laser，pfl)、多级掺铒镱光纤放大器(eydfa，即：第一多级光纤放大器)、1064nm脉冲光纤激光器((1064nm pulsed fiber laser，pfl))、多级掺镱光纤放大器(ydfa，即：第一多级光纤
放大器)以及1064nm/1550nm波分复用器(wdm)，实现对1.064μm和1.55μm种子光的功率放大器(mopa)放大以及经光波分复用器耦合到光纤的目的。1550nm的脉冲种子光为纳秒锁模光纤脉冲激光器，其重频为khz-mhz量级，经过一级eydfa(第一预放大器)预放大后，接入多级eydfa(第一主放大器)进行主放大以提升该波段功率；1064nm的脉冲种子光为飞秒锁模超快光纤激光器，其重频为mhz量级，同样经过一级ydfa(第二预放大器)预放大后，接入后续的多级lma-ydfa(大模场掺镱光纤放大器)进行主放大提高功率，将放大后的两波长的光通过1064nm/1550nm波分复用器，熔接耦合到一个光纤里。
36.短波紫外波段超连续谱产生结构用于提供覆盖短波紫外波段超连续谱产生，并消除1064nm泵浦残余尖峰，包括光子晶体光纤(pcf)、稀土掺杂石英光纤(rare earth doped fiber1)。经过放大后的1064nm的光具有高峰值功率，利于在泵浦非线性光纤时产生宽带连续谱，且泵浦波长1064nm位于pcf的零色散波长(zdw)点附近，能够实现在pcf光纤中最宽的超连续谱产生，使得本发明的光谱短波覆盖到紫外波段。由于现有的此类技术方案的光谱均存在残余泵浦尖峰，即光谱在1μm附近的尖峰，考虑到稀土离子在该波段的吸收带，我们采用掺杂稀土离子的石英光纤对尖峰吸收，使得产生的光谱在1μm泵浦波长附近变得平坦。
37.长波中红外波段超连续谱产生结构用于提供覆盖长波中红外波段超连续谱产生，并消除1550nm泵浦残余尖峰，包括大模场掺铒镱光纤放大器(lma-eydfa)、模场适配器(mfa2)、高非线性掺锗光纤(如nl1550、64％mol.掺锗光纤等)、稀土掺杂光纤(rare earth doped fiber2)以及高浓度掺锗光纤(即中红外非线性光纤，mid-infrared nonlinear fiber)。在长波中红外波段超连续谱产生结构中，采用放大效率较高的大模场铒镱光纤放大器对1550nm的光进行放大，使得其有足够高的峰值功率，且其泵浦波长位于高非线性光纤的零色散点附近，能够实现在此类光纤中最宽的超连续谱产生，从而使得本发明长波覆盖到中红外波段。同时，长波中红外波段超连续谱产生结构中产生的光谱在1.55μm附近存在残余尖峰，考虑到有稀土离子在该波段具有吸收带本发明仍采用掺稀土石英光纤对尖峰吸收，使得产生的光谱在1.55μm泵浦波长附近变得平坦。进一步地，由于石英光纤的接入，其在长波＞2.8μm具有较高损耗，对所产生的超连续谱的长波段存在窄化现象，本发明优选接入一段长波低损耗的中红外非线性光纤将超连续谱进一步往长波中红外拓展，从而实现最终的紫外到中红外全波段的平坦超连续输出。
38.更为具体地，第一波长功率放大子结构用于对1.55微米种子光进行功率放大。如图2所示，1.55μm种子光为纳秒脉冲光纤激光，其脉宽可在1ns-200ns可调，重频可在200khz-3mhz可调。1.55μm种子光首先经过第一预放大器，即：第一级铒镱共掺光纤放大器(eydfa1)，包括顺次连接的pump1(泵浦1)为976nm的半导体激光器ld(第三激光器)、第一合束器(combiner1)和第一稀土离子掺杂光纤，第一稀土离子掺杂光纤为掺铒镱增益光纤(eydf1)，在放大中不使用模场适配器(mfa)的情况下，使用较高的光纤纤芯直径(芯径大于6μm)可以抑制激光放大时的非线性效应，提升ld的泵浦斜率效率，最终一级放大可将种子光功率提升到瓦量级。考虑到预放大级和主放大级之间可能存在的回波反馈，在一级放大后接入第一隔离器(iso1)以保证系统的单向传输。将种子光的功率提升到瓦量级后，接入第一主放大器，即：第一级铒镱共掺光纤放大器(eydfa2)，包括顺次连接的pump2(泵浦2)为976nm的ld、第二合束器(combiner2)和第二稀土离子掺杂光纤，第二稀土离子掺杂光纤为掺铒镱增益光纤(eydf2)，最终二级主放大可将1.55μm的种子光提升到十瓦量级，此时脉冲
激光的峰值功率可达10kw量级。
39.更为具体地，第二波长功率放大子结构用于对1.06微米种子光进行功率放大。如图2所示，1.064μm种子光为商用的飞秒脉冲激光，其脉宽＜100fs，重频为mhz量级。种子光首先经过第一级预放大器(第二预放大器)，即：第一级掺镱光纤放大器(ydfa)，包括顺次连接的pump3(泵浦3)为976nm的ld、第三合束器(combiner3)和第三稀土离子掺杂光纤，第三稀土离子掺杂光纤为掺镱增益光纤(ydf1)，一级放大可将种子光提升到瓦量级。同样，为了避免与第二级放大之间存在回波反馈，接入第二隔离器(iso2)保证单向传输之后，接入第二级大模场掺镱光纤放大器(lma-ydfa)，即第二主放大器，第二主放大器包括顺次连接的pump4(泵浦4)为976nm的ld、第四合束器(combiner4)、第四稀土离子掺杂光纤以及第一模场适配器mfa1，第四稀土离子掺杂光纤为大芯径掺镱增益光纤，由于增益光纤的大纤芯直径与波分复用器(wdm)光纤的小芯径差异较大，光纤熔接时容易发生模场失配导致具有较大的损耗，因此在两者之间接入模场适配器以匹配两光纤的模场。最终二级主放大可将1.064μm的种子光提升到二十瓦量级。
40.本发明基于顺次连接的1.064μm泵浦源、拉锥光子晶体光纤(tapered pcf)和第五稀土离子掺杂光纤(掺铒石英光纤，er
3+
doped fiber)实现光谱短波覆盖紫外波段，且1.064μm泵浦尖峰附近被吸收而成为平坦型的超连续谱输出。如图3所示，采用拉锥的光子晶体光纤作为1.064μm泵浦的非线性光纤，通过减小pcf的纤芯直径增强光纤的非线性效应，以拓宽泵源泵浦光纤获得的光谱宽度，且此拉锥光纤的零色散波长位于泵浦波长1064nm附近。在此泵浦光源的泵浦下，光纤中在调制不稳定性、自相位调制、拉曼孤子自频移以及色散波等非线性机制的作用下，光谱由泵浦波长附近向两侧迅速展宽，形成超连续谱，在此高峰值功率、高非线性光纤的共同作用下，超连续谱可覆盖350nm-1600nm，横跨紫外波段到近红外波段。其中，光谱的短波拓展主要是因为拉曼孤子自频移往长波方向拓展，短波方向会形成与长波方向相位匹配的孤子，即蓝移色散波为光谱的短波主要成分。之后，利用稀土铒离子在1μm附近的吸收带，通过对掺铒石英光纤的长度调控，实现对1.064μm的残余泵浦尖峰吸收，使光谱在尖峰平坦化。根据铒离子的能级结构，吸收的残余泵浦光还可以作为1.55μm的泵浦进而放大1.55μm的光。
41.本发明基于1.55μm泵浦源、大模场铒镱共掺光纤放大器、高非线性光纤和单模掺铥光纤实现了光谱长波覆盖中红外波段且1.55μm泵浦尖峰附近被吸收而成为平坦型的超连续谱输出。如图4所示，长波中红外波段超连续谱产生结构包括顺次连接的第五光纤放大器、第二模场适配器mfa2、高非线性nl1550光纤、第七稀土离子掺杂光纤和掺杂光纤，其中第五光纤放大器为大模场掺铒镱增益光纤放大器(lma-eydfa)，第七稀土离子掺杂光纤为掺铥光纤，掺杂光纤为94mol.％的掺锗光纤。更为具体地，大模场铒镱共掺光纤放大器(lma-eydfa)由pump5(泵浦5)的976nm ld、pump6(泵浦6)的976nm ld、第六稀土离子掺杂光纤、第五合束器(combiner5)组成，第六稀土离子掺杂光纤为大芯径双包层铒镱共掺光纤(lma-eydf)；具体地，两个976nm ld均与第五合束器连接，第五合束器输出端与大芯径双包层铒镱共掺光纤连接。为了与后续光纤的低损耗熔接，同样在大模场增益光纤后接入模场适配器，最终的1.55μm的光可以被放大到二十瓦量级，其峰值功率达10kw量级。1.55μm光功率放大后，采用nl1550光纤作为1.55μm泵浦的非线性光纤，此光纤具有较小的芯径(2.4μm)，且其零色散波长位于泵浦波长1.55μm附近，极其利于宽光谱的超连续谱产生。在此泵浦
光源的泵浦下，光纤中在调制不稳定性、孤子分裂、拉曼孤子自频移以及色散波等非线性机制的作用下，光谱由泵浦波长附近向两侧迅速展宽，形成超连续谱，在此高峰值功率泵浦源、高非线性光纤的共同作用下，超连续谱可覆盖0.9-3μm，横跨近红外波段到中红外波段。其中，光谱的短波成分与蓝移的色散波有关，其本质为与红移的孤子相位匹配产生的蓝移短波光。之后，利用稀土铥离子在1.5μm附近的吸收带，通过对单模掺铥石英光纤(sm-tdf)的长度调控，实现对1.55μm的残余泵浦尖峰吸收，使光谱在尖峰附近平坦化。由于吸收光谱尖峰的铥离子是在石英基的光纤中的，而石英光纤在＞2.8μm处具有高损耗，使得光谱在长波方向发生窄化现象，将紫外到中红外全波段平坦的超连续谱作为泵浦源，接入94mol.％的高浓度掺锗光纤(ge-doped fiber)，进一步把光谱往长波中红外方向拓展，最后此级实现了最终的宽光谱覆盖紫外到中红外波段平坦型超连续激光输出。本实施例中，最终宽光谱涵盖部分紫外和部分中红外波段，具体全光谱为0.4-3.5μm，对应技术原理为：
42.基于光纤的非线性效应，具有高峰值功率的1064nm和1550nm波段的激光在光纤中可以得到极大的光谱展宽，实现一个超宽光谱的超连续谱输出。具体而言，由于光纤中的调至不稳定性、孤子分裂的影响，输入激光脉冲分裂成很多个超短脉宽脉冲，在拉曼孤子自频移、受激拉曼散射、自相位调制、四波混频等多种非线性效应的影响和积累下，光谱逐渐红移；同时，自相位调制、四波混频、光波分裂等非线性效应影响了整个光谱的蓝移。而且，两泵浦波长1064nm和1550nm分别位于pcf和nl1550光纤的零色散点附近，这导致光谱的短波端会出现大量的与长波端由于孤子自频移产生的孤子所相位匹配的色散波，进一步的使光谱蓝移。因此，在上述非线性机理描述下，光谱在两泵浦波长处均发生红移和蓝移，最终实现短波覆盖紫外长波覆盖中红外波段的超连续谱输出。
43.具体地，本示例中用于实现光谱展宽的光纤包括拉锥光子晶体光纤pcf、高非线性光纤hnlf和中红外非线性光纤三类光纤。首先，经过放大后的1064nm和1550nm的光经wdm合束进入pcf，由于pcf中调制稳定性、孤子分裂的影响，输入激光脉冲分裂成很多个超短脉冲，在拉曼孤子自频移、受激拉曼散射、自相位调制、四波混频、色散波等多种非线性效应的影响和积累下，光谱逐渐展宽，长波边达到2μm，短波边达到0.4μm，形成光谱范围覆盖0.4-2μm的超连续谱。然后，利用第五稀土掺杂光纤吸收1064nm的残余尖峰，使得该附近光谱变得平坦。紧接着继续放大1550nm激光，机理同pcf，由于hnlf中调制稳定性、孤子分裂的影响，输入激光脉冲分裂成很多个超短脉冲，在拉曼孤子自频移、受激拉曼散射、自相位调制、四波混频、色散波等多种非线性效应的影响和积累下，光谱逐渐展宽，长波边达到2.8μm，短波边达到0.9μm，形成光谱范围覆盖0.9-2.8μm的超连续谱，结合pcf输出的超连续谱，此时整个光谱范围达到0.4μm-2.8μm。再利用第七稀土掺杂光纤吸收1550nm的残余尖峰，使得该附近光谱变得平坦，从而实现整个0.4μm-2.8μm的平坦超连续谱输出。最后，通过mid-infrared nonlinear fiber(94mol.％掺锗光纤)把光谱向长波移动，实现0.4μm-3.5μm的光谱输出。
44.实施例2
45.本实施例与实施例1一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器具有相同的发明构思，本示例中具体以1530nm脉冲光纤激光器种子源、1056nm脉冲光纤激光器种子源实现的紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器为例进行说明，如图5所示，此时全光纤激光器结构与实施例1结构类似，仅将第一激光器替换为1530nm超连续谱激
光器，第二激光器替换为1056nm超连续谱激光器，第一、二稀土离子掺杂光纤替换为掺铒光纤，第三、四稀土离子掺杂光纤替换为掺铥光纤，第五稀土离子掺杂光纤替换为掺钕光纤，第六稀土离子掺杂光纤替换为掺铒光纤，第七稀土离子掺杂光纤替换为掺铥钬光纤，第七稀土离子掺杂光纤输出端连接光纤替换为氟化物zblan光纤，此时全光纤激光器的工作原理为：
46.两个种子源光谱中的1530nm和1056nm波段的光经过预放和主放后，通过波分复用器耦合进光纤。首相，经过放大后的1056nm的光具有高峰值功率，且种子超连续光谱尖峰位于1056nm附近，匹配pcf的零色散波长(zdw)，能够在拉锥的pcf光纤中产生最为有效的非线性效应，使得光谱更为有效的红移和蓝移，得到最宽的超连续谱产生，使得本发明的光谱短波覆盖到紫外波段(0.4μm)。再考虑到钕离子在1μm波段的吸收带，采用掺钕光纤对残余尖峰吸收，使得产生的光谱在1μm光谱尖峰附近变得平坦。同理，紧接着采用放大效率较高的大模场掺铒光纤放大器对种子超连续谱中的1530nm的光进行放大，使得其有足够高的峰值功率，且泵浦光谱尖峰位于nl1550光纤的零色散点附近，能够实现在此类光纤中最宽的超连续谱产生，从而使得本发明长波覆盖到中红外波段(3μm)。再考虑到铥钬离子在1.5μm波段的吸收带，采用掺铥钬光纤对残余尖峰吸收，使得产生的光谱在1.5μm光谱尖峰附近变得平坦。进一步地，由于石英光纤的接入，其在长波＞2.8μm具有较高损耗，对所产生的超连续谱的长波段存在窄化现象，在铥钬共掺光纤后接入一段zblan光纤，继续让光谱往长波(4μm)拓展，从而实现最终0.4μm-4μm全光谱平坦超连续输出。
47.以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：其包括顺次连接的双波长功率放大及合束结构、短波紫外波段超连续谱产生结构以及长波中红外波段超连续谱产生结构；双波长功率放大及合束结构包括经第一波长功率放大子结构、第二波长功率放大子结构，两个子结构输出的两波长光经波分复用器进行耦合；第一波长功率放大子结构包括顺次连接的第一激光器、第一多级光纤放大器，第一多级光纤放大器用于提升第一激光器输出的第一波长光的功率；第二波长功率放大子结构包括顺次连接的第二激光器、第二多级光纤放大器，第二多级光纤放大器用于提升第二激光器输出的第二波长光的功率；短波紫外波段超连续谱产生结构包括顺次连接的光子晶体光纤和第五稀土离子掺杂光纤，光子晶体光纤用于产生第二波长光的紫外波段超连续谱，第五稀土离子掺杂光纤用于吸收第二波长光的残余泵浦尖峰；长波中红外波段超连续谱产生结构包括顺次连接的第五光纤放大器、模场适配器、掺杂浓度为64mol.％-100mol.％的的高非线性光纤、以及第七稀土离子掺杂光纤；第五光纤放大器用于提升第一波长光的功率；掺杂浓度为64mol.％-100mol.％的的高非线性光纤用于产生第一波长光的中红外波段超连续谱；第七稀土离子掺杂光纤用于吸收第一波长光的残余泵浦尖峰。2.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第七稀土离子掺杂光纤输出端还连接有掺杂浓度为70mol.％-100mol.％掺杂光纤，用于拓展长波中红外波段。3.根据权利要求2所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述掺杂光纤为掺锗光纤或氟碲酸盐光纤或氟化物光纤或硫化物光纤。4.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第一激光器为1300nm-1700nm的脉冲光纤激光器或光谱范围覆盖1300nm-1700nm的超连续谱激光器；第二激光器为900nm-1200nm的脉冲光纤激光器或光谱范围覆盖900nm-1200nm的超连续谱激光器。5.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第一多级光纤放大器包括顺次连接的第一预放大器和第一主放大器；第一预放大器包括顺次连接的第三激光器、第一合束器以及第一稀土离子掺杂光纤，第一稀土离子掺杂光纤为掺铒镱增益光纤或掺铒光纤或掺镱增益光纤；第一主放大器包括顺次连接的第四激光器、第二合束器以及第二稀土离子掺杂光纤，第二稀土离子掺杂光纤为掺铒镱增益光纤或掺铒光纤或掺镱增益光纤。6.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第二多级光纤放大器包括顺次连接的第二预放大器和第二主放大器；第二预放大器包括顺次连接的第五激光器、第三合束器以及第三稀土离子掺杂光纤，第三稀土离子掺杂光纤为掺镱增益光纤或掺铒增益光纤或掺钕增益光纤或掺铥增益光纤；第二主放大器包括顺次连接的第六激光器、第四合束器以及第四稀土离子掺杂光纤，第四稀土离子掺杂光纤为掺镱增益光纤或掺铒增益光纤或掺钕增益光纤或掺铥增益光纤。7.根据权利要求5或6所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：预放大器与主放大器之间设有隔离器。
8.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第五稀土离子掺杂光纤为掺铒石英光纤或掺铥石英光纤或掺钕石英光纤或掺铒镱石英光纤。9.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第五光纤放大器包括顺次连接的第七激光器、第五合束器以及第六稀土离子掺杂光纤，第六稀土离子掺杂光纤为大模场双包层铒镱共掺光纤或大模场掺铒光纤。10.根据权利要求1所述的一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，其特征在于：所述第七稀土离子掺杂光纤为单模掺铥石英光纤或掺铒石英光纤、掺铒镱石英光纤、掺铥钬石英光纤。

技术总结
本发明公开了一种紫外-中红外波段的平坦型超连续谱全光纤激光器，属于光纤激光器技术领域，包括双波长功率放大及合束结构，其包括经第一波长功率放大子结构、第二波长功率放大子结构，两个子结构输出的两波长光经波分复用器进行耦合；还包括短波紫外波段超连续谱产生结构，其包括顺次连接的光子晶体光纤和第五稀土离子掺杂光纤；还包括长波中红外波段超连续谱产生结构，其包括顺次连接的第五光纤放大器、模场适配器、掺杂浓度为64mol.％-100mol.％的的高非线性光纤、第七稀土离子掺杂光纤，三个结构顺次连接。本发明双波长泵浦非线性光纤并引入稀土掺杂光纤来消除泵浦残余尖峰相结合的方式，在光谱得到大幅度拓展的基础上，同时实现光谱全波段的平坦输出。同时实现光谱全波段的平坦输出。同时实现光谱全波段的平坦输出。


技术研发人员：李剑峰 谢昆林 雷浩 王森宇 罗鸿禹
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/14