紧凑的飞秒激光器发出白光超连续谱讲解
超连续谱 光频率梳
超连续谱光频率梳超连续谱光频率梳是一种实验室中常见的光学设备，它是基于拉曼散射效应的原理制成的。
它的主要功能是为光学频谱测量提供一个高精度的频率标准，同时也可以用于频率合成和频率稳定等应用。
超连续谱光频率梳在光学研究领域有着广泛的应用，下面我们将对其原理、实现和应用进行详细的介绍。
超连续谱光频率梳的原理是基于光的非线性效应——拉曼散射效应。
当高功率光波与物质相互作用时，光波的能量会以一种特定的方式进行转换，其中一部分光波的频率经过拉曼散射后会发生红移或蓝移。
这种频率的改变在频谱上呈现为一系列离散的光子能级，形成了谱线。
这些谱线的间隔非常均匀，且频率差值为拉曼散射频移的倍数，所以被称为“频率梳”。
超连续谱光频率梳的实现需要使用一束高功率、高稳定性的激光器作为光源。
这种激光器通常采用飞秒激光器，其特点是脉冲宽度极短，可以达到飞秒或亚飞秒级别。
利用飞秒激光器的特性，可以在空间和频率上实现高度聚焦，从而实现拉曼散射效应。
实现超连续谱光频率梳的另一个关键技术是使用光纤。
光纤具有高折射率和微小的模式面积，可以有效地增加非线性效应的强度。
此外，光纤还可以提供一定的色散补偿，使频率梳的谱线间隔变得更加均匀。
超连续谱光频率梳在光谱测量领域有着广泛的应用。
由于其频谱上谱线均匀、间隔一致的特点，可以被用作频率标准。
通过与待测物质的光谱进行比对，可以确定待测物质的光学频率。
这种测量方法在光学频率计算、光谱分析和光学钟等领域有着重要的应用。
此外，超连续谱光频率梳还可以应用于频率合成和频率稳定领域。
通过调节超连续谱光频率梳的参数，例如激光功率、偏振方向和频率间隔等，可以实现对输出光波频率的精确控制。
这种技术在无线通信、光纤通信和激光制导等领域有着重要的应用前景。
在实际应用中，超连续谱光频率梳还需要一些辅助设备来实现其功能。
例如，光谱仪可以用来分析频率梳的谱线特性；频率稳定器可以用来控制输出光波的频率稳定性；和频器可以用来实现多个频率梳之间的同步等。
超连续谱激光器原理
超连续谱激光器原理
超连续谱激光器是一种能够产生宽带光谱的激光器。
其原理是
基于非线性光学效应和超模式间的相互作用。
超连续谱激光器通常
利用非线性光学晶体或光纤来实现。
以下是超连续谱激光器的原理
的详细解释：
1. 非线性光学效应，超连续谱激光器利用非线性光学效应来实
现光的频率转换。
在非线性光学晶体或光纤中，当光强度很大时，
光的折射率会随光强度的变化而变化，导致频率混频和频率加倍等
非线性效应的发生。
这些非线性效应使得激光器能够产生宽带光谱。
2. 超模式间的相互作用，超连续谱激光器中的超模式间相互作
用是指不同模式之间的频率混合和耦合效应。
这种相互作用可以导
致光的频率转换和光谱展宽，从而产生宽带的连续光谱。
3. 光纤或晶体的特性，超连续谱激光器通常利用具有特定非线
性特性的光纤或晶体作为工作介质。
这些材料的非线性特性和波导
结构能够有效地实现频率转换和超模式间的相互作用，从而产生宽
带光谱。
4. 调制和控制，超连续谱激光器通常需要精密的调制和控制系统来实现对光谱的精确调控。
通过合理的调制和控制手段，可以实现对超连续谱激光器输出光谱的调整和优化。
总的来说，超连续谱激光器的原理涉及非线性光学效应、超模式间的相互作用以及光纤或晶体的特性。
通过合理设计和控制，超连续谱激光器能够产生宽带光谱，具有广泛的应用前景，包括光通信、光谱分析、生物医学等领域。
不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生
量子光学学报17(3):237~241,2011A cta S inica Quantum Op tica文章编号:1007-6654(2011)03-0237-05不同零色散点光子晶体光纤的超连续谱产生宋晏蓉1,2,朱建银1,2,张晓1,2(1.北京工业大学,信息光学研究所,北京100124; 2.北京工业大学,应用数理学院,北京100124)摘要:本文实验研究了飞秒脉冲在不同零色散点光子晶体光纤中传输时产生超连续谱的现象。
首先,我们通过非线性薛定谔方程理论计算了激光脉冲分别在正、负色散光子晶体光纤中传输时产生的超连续谱;计算结果表明在正色散光子晶体光纤产生的超连续谱远远大于在负色散中产生的超连续谱。
其次,在实验上采用零色散点分别为800nm、1060nm和2000nm的光子晶体光纤,将脉宽为130fs,中心波长800nm,脉冲重复频率为80M H z的脉冲输入这些光纤中产生超连续谱并研究其特性,实验结果表明光子晶体光纤的零色散点越小,在其中产生的超连续谱越宽越平坦。
同时产生的超连续谱也与激光脉冲的能量和中心波长相关。
关键词:零色散点;光子晶体光纤;超连续谱中图分类号:O431文献标识码:A0引言激光超连续谱的产生是当前的研究热点之一,它广泛应用于光频梳,传感器的光源和生物样品的测试等应用中。
要获得超连续谱,通常方法是将超短激光脉冲耦合进微结构光纤(又称光子晶体光纤)中,通过色散和非线性的作用获得。
第一根光子晶体光纤是在1996年由J. C. Knight,T.A.Birk[1]制造出来的,之后在这个领域有了飞速的发展。
四年后,Ranka团队首次报道了用中心波长为800nm的超短激光脉冲在光子晶体光纤中产生了超连续谱[2]。
在光子晶体光纤中[3-4]超连续谱的产生受到色散的影响(群速度色散、三阶色散)以及非线性效应的影响(如自相位调制(SPM)、自陡峭(SS)和受激拉曼散射(SRS))[5-6]。
超连续光产生的理论和实验研究的开题报告
超连续光产生的理论和实验研究的开题报告题目：超连续光产生的理论和实验研究一、研究背景超连续光（Supercontinuum light）是一种具有宽带光谱的光源，其光谱宽度可以达到数百纳米或甚至超过千纳米。
因其在光谱范围内提供强光度、高亮度和高分辨率的特性，已经广泛应用于光通信、生物医学光学、光子学研究等领域。
目前最常用的产生超连续光的方法是通过飞秒激光与光纤相互作用，利用光纤中的非线性效应来产生超连续光。
但是具体的光谱形状和光谱宽度仍然存在一定程度上的随机性。
因此，对于超连续光的光谱形状、光谱宽度以及其光谱光束质量等方面的研究尤为重要。
二、研究内容本研究将重点关注超连续光在光纤中的产生机理，并通过理论模拟和实验方法探究超连续光的光谱特性及其影响因素。
研究内容包括：1. 分析光纤中的非线性效应及其在超连续光产生中的作用；2. 建立对于超连续光光谱的数学模型，并通过理论模拟探究光谱形状随光纤长度、光脉冲功率、非线性系数等因素的变化情况；3. 利用飞秒激光与光纤相互作用的方法，制备不同条件下的超连续光光源，并测试其光谱特性及其与实验条件的关系；4. 通过光学测量技术对超连续光光谱光束质量进行评估，并分析不同因素对光束质量的影响。
三、研究意义和预期结果本研究将有助于更深入地了解超连续光的产生机理，并且可以为超连续光在光通信、生物医学光学、光子学研究等领域的应用提供更为准确和稳定的光源。
预期实现以下研究成果：1. 建立超连续光光谱的理论模型；2. 理论模拟分析超连续光的光谱特性及其影响因素；3. 成功制备超连续光光源，并测试其光谱特性及与实验条件的关系；4. 光学测量技术评估超连续光光束质量，并分析不同因素对光束质量的影响。
四、研究方法和实验方案研究方法包括理论模拟分析和实验测试。
具体实验方案如下：1. 制备飞秒激光系统，以数百飞秒的激光脉冲作为超连续光产生的光源；2. 制备光纤及其样品，样品包括具有不同非线性系数的光纤、不同长度的光纤以及不同的激光脉冲功率等，以用于测试超连续光的光谱特性及其可能的影响因素；3. 测量超连续光的光谱，包括光谱宽度、中心波长和光谱形状等；4. 利用光束展宽器和光学测量技术对超连续光的光束质量进行评估，分析可能对光谱和光束质量的影响因素。
基于超连续谱光源的光学相干层析技术研究进展
基于超连续谱光源的光学相干层析技术研究进展【摘要】近年来，超连续谱光源发展迅速，其光谱平坦度、宽度及功率水平有着显著的提高。
基于此，新型光学成像技术——光学相干层析技术（oct）的研究也不断取得新的进展，由于其具有良好的分辨率和可实时成像的优点，可应用在医学组织、工业材料及珠宝的检测中。
本文介绍近年来国内外基于超连续谱光源的光学相干层析技术研究进展，同时对其进一步的发展及应用给予了展望。
【关键词】光电子学光学相干层析超连续谱光源1 引言oct技术是基于光学相干特性的医学成像技术，早期的白光干涉测量法是它的理论基础，光学相干层析成像的概念于1991年被首次提出[1]。
在此后十几年里，oct得到了快速的发展，其分辨率以及性能都有很大的提高与发展，同时也开发出多种成像模式，如多普勒oct、光谱oct、差分吸收型oct、偏振敏感oct、与双光子荧光或超声结合的oct技术。
光学相干层析技术与传统超声成像、x射线成像、ct及mri相比，有着明显的优势：采用非侵入式光学成像技术，能够检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像；它能对活体组织进行实时、高分辨率断层成像，对活体组织内部机构的生理、病理变化过程进行精确的分析和诊断。
oct可应用在眼科临床诊断，牙齿断层扫描、皮肤病学研究，珍珠层厚度检测等领域，最具诱惑力的应用在于它对人体癌变和心血管疾病的早期准确诊断。
经过20多年的发展，oct的分辨率已经达到了微米量级。
2 光学相干层析技术的研究进展1991年，美国麻省理工大学的d.huang等人首次提出了光学相干层析技术的概念，并通过实验成功演示了人类视网膜和动脉粥样硬化噬菌斑的活体成像，所用光源选用830nm的超辐射发光二极管（sld），轴向分辨率10μm[1]。
此后，oct技术得到了突飞猛进的发展，不论是其分辨率还是性能上都有了很大的提高和发展。
飞秒超快光谱技术及其互补使用
第7卷 第4期2014年8月 中国光学 Chinese Optics Vol.7 No.4Aug.2014 收稿日期:2014⁃03⁃18;修订日期:2014⁃05⁃15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.21273096)文章编号 2095⁃1531(2014)04⁃0588⁃12飞秒超快光谱技术及其互补使用乔自文1,高炳荣2,陈岐岱2,王海宇2∗,王 雷2(1.吉林省电子信息产品监督检验研究院,吉林长春130021;2.吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点联合实验室,吉林长春130012)摘要:超快光谱技术是研究物质激发态过程的重要手段,本文对飞秒时间分辨荧光技术和飞秒泵浦探测技术这两个重要的超快光谱技术进行了详细介绍,阐述了系统的原理、光路及数据处理方法,给出了不同的实现方法并比较了其优缺点。
最后通过一个实例说明这两个技术的互补性,通过结合使用两个系统,能够对科学问题进行更全面可靠的研究。
关 键 词:超快光谱;荧光上转换;泵浦探测中图分类号:TN249 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20140704.0588Ultrafast spectroscopy techniques and their complementary usagesQIAO Zi⁃wen 1,GAO Bing⁃rong 2,CHEN Qi⁃dai 2,WANG Hai⁃yu 2∗,WANG Lei 2(1.Electronic Information Products Supervision Inspection Institute ofJilin Province ,Changchun 130021,China ;2.State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics ,College of Electronic Science and Engineering ,Jilin University ,Changchun 130012,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :haiyu_wang@Abstract :Ultrafast spectroscopy techniques are powerful tools for exploring the excited⁃state processes of ma⁃terials.In this paper,we introduced femtosecond time⁃resolved fluorescence technique and femtosecond pump⁃probe technique in detail,including the fundamental principles of systems,optical paths and data processing metheds,as well as the advantage and disadvantage in different implemental schemes.At last,in order to re⁃veal the complementary role,we provided an example in which the scientific problems were solved comprehen⁃sively and reliably by combinative usage of the two systems.Key words :ultrafast spectroscopy;fluorescence upconversion;pump⁃probe1 引 言 分子原子中发生的大多数光物理过程都具有一定的时间尺度,比如原子核的运动,化学键的扭转等发生在飞秒到皮秒时间范围内,电荷分离和转移、能量传递等可发生在飞秒到纳秒时间尺度上,发光材料的荧光寿命一般在纳秒量级,生物中某些特殊的生理功能如捕光、储能等过程都发生在不同的时间尺度上。
深圳超连续白光激光器工作原理
深圳超连续白光激光器工作原理激光器是一种能够产生高强度、单色、相干性极好的光束的装置。
在当前的激光技术中，超连续白光激光器是一种非常重要的激光器类型。
深圳超连续白光激光器在很多领域都有广泛的应用，比如生物医学、光谱分析、材料加工等。
那么，深圳超连续白光激光器是如何工作的呢？深圳超连续白光激光器的工作原理可以简单地分为三个步骤：激发过程、增益过程和模式锁定过程。
激发过程。
深圳超连续白光激光器通常使用半导体激光二极管来作为激发源。
这种二极管可以通过外部电流激发产生光子。
当外部电流通过二极管时，电流会导致半导体材料中的电子和空穴重新组合，产生光子。
这些光子在激光腔中被反射镜反复来回地反射，逐渐增加其数目。
接下来，增益过程。
深圳超连续白光激光器在激光腔中加入了一种称为增益介质的物质，比如掺铥的光纤。
当激光光子在增益介质中传播时，会与掺铥原子发生相互作用，导致掺铥原子跃迁能级的电子激发。
这些激发的电子随后会自发辐射出新的光子，使得光子数目进一步增加。
这个过程会不断重复，从而产生更多的光子。
模式锁定过程。
在深圳超连续白光激光器中，为了产生宽带的白光激光，通常采用模式锁定技术。
模式锁定是指通过控制激光腔中的光程差，使得腔内的相位保持在固定的关系，从而实现频率的稳定和脉冲的压缩。
通过模式锁定技术，深圳超连续白光激光器可以产生非常宽的光谱带宽，从而实现宽带的白光输出。
总结起来，深圳超连续白光激光器的工作原理包括激发过程、增益过程和模式锁定过程。
通过激发二极管产生光子，然后在增益介质中逐渐增加光子数目，最后通过模式锁定技术实现宽带的白光输出。
深圳超连续白光激光器的工作原理的研究和应用为科学研究和工程技术提供了重要的工具和平台，对于推动激光技术的发展具有重要意义。
飞秒脉冲作用下光子晶体光纤超连续谱的产生
飞秒脉冲作用下光子晶体光纤超连续谱的产生
牛静霞;高建宇
【期刊名称】《消费电子》
【年(卷),期】2013(000)020
【摘要】光子晶体光纤是建立在光子晶体技术上而发展起来的一项全新的光纤技术，其和传统的单模光纤相比较，优势突出。
因为光子晶体光纤有卓越的优势，在实际的超连续谱应用过程中，其能够产生出超连续谱的能力远在其它各种光纤和介质之上，发展前景广阔。
所以在最近几年使用光子晶体光纤产生超连续谱已经成为了世界范围内共同议论的焦点问题。
文中对使用钛宝石飞秒超快激光器作为泵浦源进行了简单的分析研究。
【总页数】1页(P192-192)
【作者】牛静霞;高建宇
【作者单位】河北联合大学轻工学院，河北唐山063000;河北联合大学轻工学院，河北唐山 063000
【正文语种】中文
【中图分类】TN253
【相关文献】
1.纳秒光脉冲在光子晶体光纤中产生的超连续谱 [J], 房鸿;马瑞龙;韦会峰
2.光子晶体光纤产生飞秒超连续谱的实验研究 [J], 韦远飞;赵福利;沈鹏高;吴仕强
3.飞秒光脉冲在光子晶体光纤不同色散区产生超连续谱的数值分析 [J], 张新洁;李
和平;廖进昆;唐雄贵
4.皮秒脉冲泵浦光子晶体光纤超连续谱产生的研究 [J], 魏玉花;詹仪;郑义
5.飞秒脉冲作用下两种多孔微结构光纤超连续谱的产生 [J], 宋学鹏;林健飞;陈波;张霞;黄永清;任晓敏
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紧凑的飞秒激光器发出白光超连续谱
作者：GailOverton应用于光谱或显微技术的超连续谱或白光激光器光源通常包括泵浦激光器和微结构光纤（光子晶体光纤或者楔形光纤）。
尽管钛蓝宝石激光器输出的80飞秒脉冲和Yb玻璃激光器输出的200飞秒脉冲都可用于产生超连续光束，但Stuttgart大学和马克思普朗克学院却展示了更加紧凑的低成本便携式超连续光源，它采用折叠腔设计，整体尺寸仅为62cm。
用一个大小为5mm、各向同性、掺Yb9.5％的磷酸玻璃作为增益介质，所有的参数都与偏
作者：Gail Overton
应用于光谱或显微技术的超连续谱或白光激光器光源通常包括泵浦激光器和微结构光纤（光子晶体光纤或者楔形光纤）。
尽管钛蓝宝石激光器输出的80飞秒脉冲和Yb玻璃激光器输出的200飞秒脉冲都可用于产生超连续光束，但Stuttgart大学和马克思普朗克学院却展示了更加紧凑的低成本便携式超连续光源，它采用折叠腔设计，整体尺寸仅为62cm。
用一个大小为5mm、各向同性、掺Yb 9.5％的磷酸玻璃作为增益介质，所有的参数都与偏振无关，可采用非偏振的光纤耦合激光二极管作为泵浦光源，这种光源比激光二极管阵列的光束质量更好，即使中等泵浦功率也可以产生高输出功率，因此可用Peltier制冷器代替水冷装置。
激光腔包括一个z字型折叠结构，整个谐振腔长度为7.5m，输出脉冲的重复频率为20MHz（见图）。
用波长976nm、功率5.2W的光纤耦合激光二极管泵浦激光介质，激光传输介质采用芯径50祄的多模光纤。
激光束被聚焦到半导体可饱和吸收镜（SESAM）上，产生稳定的孤子锁模脉冲。
为减少元件数目，腔内色散和自相位调制采用平坦色散镜进行补偿。
最后，一个输出耦合器使光从谐振腔中输出，它主要通过位于光腔中心的Herriott型多通道单元获得较长的光束路径。
这一飞秒超连续光源的紧凑结构是由z字型折叠腔结构中的多个透镜和腔镜组成的。
腔镜M4和M5之间的多通道单元内的光束路径仅仅是示意说明，实际上光束在两腔镜之一的每个镜面上都反射了九次。
尽管腔的结构显得很复杂，但其配置方式完全是根据一个简单的方程来确定的。
在激光器的腔内插入一片1mm厚的石英片作为双折射滤波器，可调谐激光输出。
例如，脉宽为180fs的光脉冲的波长能在1038～1047nm范围内调谐。
在泵浦功率为4.5～5.2W的锁模机制中，激光器可以产生150fs的光脉冲，重复频率为20MHz。
在泵浦功率低于4.5W时，可观察到激光器连续输出。
利用飞秒激光器泵浦三种不同类型的楔形光纤以产生超连续光束。
为使激光器免受光纤中后向反射光的损伤，在激光输出耦合器与光纤耦合元件之间放置了
一个法拉第隔离器。
三段光纤的束腰长度均为90mm，但束腰直径不同，分别为2.0祄、2.7祄和4.3祄。
最小的束腰直径产生超连续光谱并移至更短的紫外波长，而最大的束腰直径使光谱范围扩展到更长的红外波长。
对于束腰直径为2.7祄的光纤，当泵浦激光耦合到光纤中的平均功率为600mW时，在波长为400～1650nm的范围内，可获得平均功率为290mW的连续谱。
泵浦激光器的均方根（RMS）光强噪声为0.43％，这致使白光光源的全部光强噪声达到0.79％。
在中心波长633nm附近15nm宽的光谱区域内，计算出的光强噪声RMS仅为2.34％。
研究人员打算使用更小的机械元件来进一步缩小这一紧凑激光器的几何尺寸。
研究员Felix Hoos说，“与钛蓝宝石激光器和绿光泵浦激光器以及非线性光纤组合而成的结构相比，这一系统在尺寸上至少缩小了一半。
通过使用自行设计的元件和更小的泵浦二极管，有可能将该激光器的尺寸再缩小一半。
而且，使用更小的光纤耦合元件也将节省更多空间。
”
参考文献
F. Hoos et al., Optics Express 14(22) 10913 (Oct. 30, 2006).。