基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型cars激發(fā)源裝置及實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學非線性顯微成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CARS顯微成像系統(tǒng)的激發(fā)源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]CARS顯微利用相干反斯托克斯拉曼散射來探測分子。當泵浦光和斯托克斯光的頻差等于待檢測分子的振動頻率時，會產(chǎn)生很強的反斯托克斯散射光，由此可以檢驗待測分子。由于CARS顯微成像技術(shù)信噪比高，具有三維層析能力，無需熒光標記和共焦系統(tǒng)，近年來引起廣泛關(guān)注，發(fā)展十分迅速。CARS顯微成像系統(tǒng)需要兩個波長的激光，其中至少有一個是波長可調(diào)諧的。目前，CARS系統(tǒng)通常采用兩個具有反饋控制的摻鈦藍寶石激光器或同一泵浦源泵浦的兩個光學參量振蕩器作為激發(fā)源，泵浦光和斯托克斯光需要同步，調(diào)節(jié)復雜且采用機械裝置調(diào)諧導致波長調(diào)諧速度慢，整個系統(tǒng)龐大，需要專職技術(shù)人員維護，嚴重阻礙了 CARS的廣泛應用。因此，結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、可靠性高和使用方便的CARS激發(fā)源非常關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對傳統(tǒng)CARS裝置存在的問題，本發(fā)明提出一種基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型CARS激發(fā)源裝置和方法。該CARS激發(fā)源綜合孤子自頻移和四波混頻效應，首先采用電控系統(tǒng)調(diào)節(jié)光功率實現(xiàn)波長小范圍調(diào)諧，再利用非線性效應實現(xiàn)同步雙波長的產(chǎn)生和大范圍調(diào)諧，全光纖結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)緊湊性和高可靠性。
[0004]本發(fā)明提出了一種基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型CARS激發(fā)源裝置，該裝置從輸入到輸出依序包括飛秒光纖激光光源1、電控光功率衰減器2、電壓控制器3、一級調(diào)諧器4、脈沖展寬器5、泵浦激光源6、波分復用器7、增益光纖8、二級調(diào)諧器9、濾光器10和輸出端口 11 ;其中:
[0005]所述飛秒光纖激光光源1，用于提供飛秒級線偏振脈沖光，用作CARS源的斯托克斯光脈沖種子源，其脈寬范圍50?200fs，中心波長為1020?1080nm，重復頻率1MHz?10MHz，脈沖能量大于InJ ；
[0006]所述電控光功率衰減器2，由相位延遲器和檢偏器構(gòu)成，用于將電壓施加到相位延遲器件改變水平偏振和垂直偏振間的相位延遲，使出射光的偏振態(tài)發(fā)生變化，透過檢偏器的功率產(chǎn)生變化，實現(xiàn)光功率衰減調(diào)節(jié)；
[0007]所述電壓控制器3，用于輸出控制電壓，控制電控功率衰減器的衰減值；
[0008]所述一級調(diào)諧器4，由光子晶體光纖構(gòu)成，用于對飛秒脈沖光實現(xiàn)小范圍的波長調(diào)諧，調(diào)諧范圍10?40nm，調(diào)諧波長范圍10?40nm ；
[0009]所述脈沖展寬器5，由單模和多模光纖熔接構(gòu)成，用于將斯托克斯光脈沖展寬到30 ?80ps ；
[0010]所述泵浦激光器6，采用980nm泵浦激光器，用于給增益光纖提供泵浦連續(xù)光；
[0011]所述波分復用器7，將泵浦連續(xù)光和一級調(diào)諧器輸出斯托克斯光脈沖合成一束，輸入到增益光纖中；
[0012]增益光纖8，采用摻鐿光纖，用于放大一級調(diào)諧器后的斯托克斯光脈沖，使輸出脈沖峰值功率在3?20kW ；
[0013]所述二級調(diào)諧器9，由光子晶體光纖構(gòu)成，利用光子晶體光纖的四波混頻作用調(diào)諧；一級調(diào)諧器4輸出并經(jīng)放大后形成的高峰值功率斯托克斯光脈沖注入其光子晶體光纖后，通過四波混頻作用產(chǎn)生信號光脈沖和閑頻光脈沖；信號光脈沖和閑頻光脈沖的波長依賴于注入的斯托克斯光脈沖波長；信號光脈沖用作CARS源的泵浦光脈沖，斯托克斯光脈沖波長的小范圍調(diào)諧將引起信號光脈沖的大范圍調(diào)諧；CARS源的泵浦光脈沖和斯托克斯光脈沖的頻差覆蓋400?4000cm-1范圍的分子振動譜范圍。
[0014]所述濾光器10，用于濾除二級調(diào)諧器的閑頻光脈沖和殘余的泵浦激光器輸出的泵浦連續(xù)光；
[0015]輸出端口 11，用于輸出的外部光纖接口。
[0016]本發(fā)明還提出了一種基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型CARS激發(fā)源裝置的實現(xiàn)方法，該方法包括以下步驟:
[0017]飛秒光纖激光光源I提供飛秒級線偏振脈沖光，用作CARS源的斯托克斯光脈沖種子源，其脈寬范圍50?200fs，中心波長為1030?1064nm，重復頻率1MHz?100MHz，脈沖能量大于InJ ；
[0018]電壓控制器3輸出控制電壓，從而控制由相位延遲器和檢偏器構(gòu)成的電控光功率衰減器2的衰減值，實現(xiàn)光功率衰減調(diào)節(jié)；
[0019]控制一級調(diào)諧器4注入光功率，實現(xiàn)對斯托克斯光脈沖調(diào)諧，調(diào)諧波長范圍10?40nm ；
[0020]脈沖展寬器5將斯托克斯光脈沖展寬到30?80ps ；
[0021]泵浦激光器6給增益光纖提供泵浦連續(xù)光；
[0022]由波分復用器7將泵浦連續(xù)光和一級調(diào)諧器輸出斯托克斯光脈沖合成一束，輸入到增益光纖中進行放大，一級調(diào)諧器4調(diào)諧后的斯托克斯光脈沖經(jīng)放大后輸出脈沖峰值功率在3?20kW ；
[0023]輸出光脈沖注入到二級調(diào)諧器9，利用光子晶體光纖的四波混頻作用產(chǎn)生信號光脈沖和閑頻光脈沖，信號光脈沖和閑頻光脈沖的波長依賴于注入的斯托克斯光脈沖波長，信號光脈沖用作CARS源的泵浦光脈沖，斯托克斯光脈沖波長的小范圍調(diào)諧將引起信號光脈沖的大范圍調(diào)諧，斯托克斯光脈沖和信號光脈沖的頻差覆蓋400?4000CHT1范圍的分子振動譜范圍；
[0024]采用濾光器10濾除二級調(diào)諧器的閑頻光和泵浦激光器輸出的泵浦光后，經(jīng)輸出端口 11輸出兩個波長的光脈沖。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0026]1、本發(fā)明提出的基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型CARS激發(fā)源裝置結(jié)構(gòu)簡單，只有單纖光路，無需分束和延時調(diào)節(jié)部分，整個系統(tǒng)無機械運動部件，可靠性和穩(wěn)定性大大提尚;
[0027]2、雙級調(diào)諧結(jié)構(gòu)有效降低了寬調(diào)諧范圍的實施難度，擴大了 CARS源的覆蓋的分子振動波數(shù)范圍，電控調(diào)諧速度快且具有脈沖天然同步性，有利于實現(xiàn)CARS實時成像。
【附圖說明】
[0028]圖1為基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型CARS激發(fā)源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖2為二級調(diào)諧器中信號光脈沖和閑頻光脈沖光波長隨注入斯托克斯光脈沖波長的變化曲線圖；
[0030]圖3為斯托克斯光脈沖注入后信號光和閑頻光的光譜圖；
[0031]圖中，1、飛秒光纖激光光源，2、電控光功率衰減器，3、電壓控制器，4、一級調(diào)諧器，5、脈沖展寬器，6、泵浦激光源，7、波分復用器，8、增益光纖，9、二級調(diào)諧器，10、濾光器，11、輸出端口。
【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖及【具體實施方式】，進一步詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0033]實施實例1:一種基于雙級非線性調(diào)諧的單纖型CARS激發(fā)源裝置
[0034]如圖1所示，該裝置包括飛秒光纖激光光源1、電控光功率衰減器2、電壓控制器3、一級調(diào)諧器4、脈沖展寬器5、泵浦激光源6、波分復用器7、增益光纖8、二級調(diào)諧器9、濾光器10和輸出端口 11。
[0035]飛秒光纖激光光源I輸出的飛秒線偏振脈沖光作為斯托克斯光脈沖種子源進入電控光功率衰減器2，光功率衰減值由電壓控制器3控制，光功率衰減后的光脈沖進入一級調(diào)諧器4實現(xiàn)功率控制的光脈沖波長調(diào)諧，輸出的脈沖光經(jīng)脈沖展寬器5展寬，然后與泵浦激光源6輸出的泵浦連續(xù)光在波分復用器7中合束進入到增益光纖8，實現(xiàn)放大后進入二級調(diào)諧器9，產(chǎn)生信號光脈沖和閑頻光脈沖，濾光器10濾除閑頻光脈沖和殘余的泵浦連續(xù)光，在輸出端口 11輸出信號光脈沖和斯托克斯光脈沖。
[0036]實施實例2:—種基于雙級非線性調(diào)諧