用于生成具有限定大致上連續(xù)的超連續(xù)譜的波長的光子束的裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種生成裝置(DG)，其包括：至少一個(gè)脈沖激光源(SL)，其以單一空間模式和以具有高泵浦能量的脈沖輸送具有至少一個(gè)波長的初級(jí)光子；形成裝置(MM)，其作用在所述初級(jí)光子上以輸送輸入光束(FE)，以及具有至少十種模式的至少一根光纖(FO)，泵浦能量最初分布在這些模式之間，并且在通過從處于所述基本模式中的初級(jí)光子的波長的波長轉(zhuǎn)換生成各種波長的次級(jí)光子之前，所述光纖(FO)能夠經(jīng)由非線性效應(yīng)將所述泵浦能量重新定位到所述基本模式中。

A device for generating photon beams with a wavelength that defines a substantially continuous supercontinuum spectrum

The invention relates to a generating device (DG), which comprises at least one pulsed laser source (SL), which transmits primary photons with at least one wavelength in a single spatial mode and in a pulse with high pumping energy, a forming device (MM), which acts on the primary photons to transport an input beam (FE), and at least one optical fiber (FO) with at least ten modes, with the highest pumping energy. The optical fiber (FO) can reposition the pumping energy into the basic mode through a non-linear effect before the secondary photons of various wavelengths are generated from the wavelength conversion of the primary photon in the basic mode.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于生成具有限定大致上連續(xù)的超連續(xù)譜的波長的光子束的裝置
本專利技術(shù)涉及負(fù)責(zé)生成多色光子束的裝置以及使用這種裝置的分析系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，在某些領(lǐng)域中，使用輸送具有在大光譜寬度(通常為幾十納米至幾百納米)上大致上連續(xù)分布的波長的光子束的激光源。在樣品(可能是醫(yī)療樣品)的分析領(lǐng)域中情況尤其如此。這些多色源(其通常被稱為連續(xù)譜)通常由涉及非線性效應(yīng)的光-物質(zhì)相互作用產(chǎn)生。多色源通常包括至少一個(gè)輸送具有“初級(jí)”波長的“初級(jí)”光子的脈沖激光源以及微結(jié)構(gòu)的光纖，以便從初級(jí)光子生產(chǎn)包含具有若干“次級(jí)”波長的次級(jí)光子(一起形成超連續(xù)譜)的輸出光束。非線性微結(jié)構(gòu)光纖通常由二氧化硅制成并且包括旨在限制光功率的微結(jié)構(gòu)以便增加光-物質(zhì)相互作用并且因此改善初級(jí)波長到許多次級(jí)波長的轉(zhuǎn)換。舉例來說，這些微結(jié)構(gòu)可以形成Bragg光柵，該Bragg光柵橫向于光纖中光的傳播方向并且能夠改變通過光所見的色散關(guān)系。利用這種類型的光源，即采用一個(gè)或多個(gè)微結(jié)構(gòu)光纖的光源，有可能獲得具有從近紫外線(或UV)(約350nm)到中紅外線(通常5μm)范圍的光譜寬度的穩(wěn)定發(fā)射。由二氧化硅制成的微結(jié)構(gòu)光纖的性能例如限制于超過約2.4μm的紅外線。不幸的是，這些微結(jié)構(gòu)光纖的芯具有較小的直徑。因此，當(dāng)能量被高度限制到微結(jié)構(gòu)光纖時(shí)，非常快地達(dá)到該微結(jié)構(gòu)光纖的芯材料損壞的閾值，并且因此采用該微結(jié)構(gòu)光纖的光源不能輸送高輸出能量。此外，當(dāng)這些微結(jié)構(gòu)光纖以正常色散機(jī)制泵浦時(shí)，這通過受激拉曼效應(yīng)引起轉(zhuǎn)換光譜的不連續(xù)生成，并且因此采用所述微結(jié)構(gòu)光纖的光源不能被認(rèn)為是真正的連續(xù)譜。作為結(jié)果，由于發(fā)射的輻射的光譜不連續(xù)性，這些光源不能用于某些應(yīng)用中，例如多重相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)顯微光譜。將回想到，多重CARS顯微光譜特別用于成像和光譜學(xué)領(lǐng)域以識(shí)別和定位樣品內(nèi)或開放空間中的特定化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)希望生成具有非常高的能量的超連續(xù)譜時(shí)，必須使用具有明顯大于單模或準(zhǔn)單模微結(jié)構(gòu)光纖的芯直徑的光纖。為此，可以使用多模光纖。后一種類型的光纖允許引導(dǎo)更高的能量，但是由于其較大的芯寬度而不具有極大地改變引導(dǎo)色散的能力。輻射輸出在多個(gè)模式之間均勻分布，這極大地降低了輸出輻射的亮度。通過特別是拉曼效應(yīng)和參量過程的混合，可以在光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜。由于拉曼效應(yīng)和色散機(jī)制，在高于初級(jí)(或泵浦)波長的波長處生成超連續(xù)譜的次級(jí)光子，這使得難以在低于泵浦波的波譜域中生成次級(jí)波長。對(duì)于位于正常色散機(jī)制中的激發(fā)波長，由于拉曼增益的非連續(xù)分布，超連續(xù)譜的波長以包的形式生成，這阻止了實(shí)現(xiàn)真正的光譜連續(xù)性。除了由拉曼轉(zhuǎn)換引起的部分模態(tài)濾波，輸出輻射還以許多模式獲得，這降低了光源的亮度和空間相干性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的具體是為了改善就亮度和光譜連續(xù)性而言的情況。具體地，為此本專利技術(shù)提供了一種旨在生成多色光子束的裝置，并且該裝置包括：能夠在單一空間模式中輸送具有至少一個(gè)波長的初級(jí)光子的至少一個(gè)脈沖激光源，能夠作用在初級(jí)光子上以輸送輸入光束的形成裝置，以及布置成從輸入光束產(chǎn)生包含具有多個(gè)波長的次級(jí)光子的多色輸出光束的至少一根光纖。該生成裝置的特征在于：-其脈沖激光源能夠以具有高泵浦能量的脈沖輸送初級(jí)光子，以及-每根光纖至少有十種模式，其中一種被稱為基本模式，并且初級(jí)光子的泵浦能量最初分布在這些模式之間，并且在通過從基本模式中的初級(jí)光子的波長的波長轉(zhuǎn)換生成各種波長的次級(jí)光子之前，所述光纖能夠經(jīng)由非線性效應(yīng)將該泵浦能量重新定位到基本模式。因此，通過使用由高能量脈沖泵浦的非常多模的光纖，有利地可以在基本模式中以及在可見光和紅外域中獲得具有連續(xù)光譜的高空間相干光子超連續(xù)譜。根據(jù)本專利技術(shù)的裝置可以包括可以單獨(dú)或組合實(shí)現(xiàn)的其它特征，并且具體地：-初級(jí)光子的泵浦能量的重新定位可以通過至少一個(gè)參數(shù)來控制，該參數(shù)選自(至少)對(duì)光纖的能量的耦合的修改、光纖的芯的折射率變化分布以及輸入光束的偏振；其形成裝置可以被布置成作用在初級(jí)光子上使得輸入光束稍微發(fā)散地耦合到光纖的芯；其形成裝置可以被布置成作用在初級(jí)光子上使得輸入光束可以具有線性或橢圓偏振；其/每根光纖可以包括具有折射率變化分布的芯，所述折射率變化分布選自(至少)包括拋物線分布、高斯分布、超高斯分布、三角形分布、洛倫茲分布、多凸角分布、方形雙曲正割分布和矩形分布的組合；-波長轉(zhuǎn)換可以選自(至少)通過自相位調(diào)制的轉(zhuǎn)換、通過交叉相位調(diào)制的轉(zhuǎn)換、通過拉曼效應(yīng)的轉(zhuǎn)換、通過孤子效應(yīng)的收斂和通過參量混合的轉(zhuǎn)換；-其/每根光纖可以摻雜有離子。在這種情況下，其還可以包括能夠向所述/每根光纖中注射輔助光子的輔助激光源，所述輔助光子旨在與所述離子相互作用以便引起向次級(jí)光子的轉(zhuǎn)換的增加。-其/每根光纖可以具有縱向周期性標(biāo)記，該縱向周期性標(biāo)記能夠引起初級(jí)光子的泵浦能量的重新定位的改善；-其/每根光纖可以具有絕熱錐；-其/每根光纖可以是所謂的“保偏”光纖；-其/每根光纖可以具有選自(至少)圓形幾何形狀、矩形幾何形狀和六邊形幾何形狀的橫斷幾何形狀；-其/每根光纖可以受到機(jī)械應(yīng)力以促進(jìn)初級(jí)光子的泵浦能量的重新定位；-其/每根光纖可以具有至少20種模式；-其可以包括多根(至少兩根)光纖；-其脈沖激光源可能能夠以具有包括在幾百納秒至幾十納秒之間的持續(xù)時(shí)間的脈沖輸送初級(jí)光子；-其可以包括諧振腔，該諧振腔一方面包括能夠接收輸入光束的半反射入射鏡，并且該/每根光纖的入口被緊固到該半反射入射鏡，并且該諧振腔另一方面包括能夠輸送輸出光束的半反射出射鏡；-初級(jí)光子的泵浦能量經(jīng)由非線性效應(yīng)的重新定位可以有利地執(zhí)行到高模式(LP11模式或更高的模式)中。本專利技術(shù)還提供了一種用于分析樣品的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)上述類型的生成裝置并且能夠輸送用于分析樣品的多色輸出光束。例如，這種系統(tǒng)可能能夠通過多重相干反斯托克斯拉曼散射(或CARS)進(jìn)行對(duì)樣品的分析。還例如，這種系統(tǒng)可能能夠通過線性熒光和非線性熒光進(jìn)行對(duì)樣品的分析。附圖說明通過研究下面的詳細(xì)描述和附圖，本專利技術(shù)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中：-圖1示意性地和功能性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的生成裝置的第一示例實(shí)施例；-圖2以曲線圖示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的生成裝置的入射光束的功率(P，以dB為單位)隨著波長(λ，以nm為單位)而變化的示例；-圖3以曲線圖示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的生成裝置的輸出光束的功率(P，以dB為單位)隨著波長(λ，以nm為單位)而變化的示例，該生成裝置具有作為輸入光束的光束，其變化模式如圖2中所示；-圖4示意性地和功能性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的生成裝置的第二示例實(shí)施例；-圖5示意性地和功能性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的生成裝置的第三示例實(shí)施例；-圖6A和圖6B分別示意性地示出了輸入光束聚焦和散焦到光纖芯中的示例；以及-圖7示意性地示出了輸入光束的兩種類型的凈化的結(jié)果。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的目的具體是提供一種旨在生成高亮度的準(zhǔn)單模輸出光束FS的裝置DG，其中光子具有限定大致上連續(xù)的(超)連續(xù)譜的波長。在下文中，生成裝置DG將以非限制性示例的方式被認(rèn)為旨在形成用于分析樣品(可選地為醫(yī)療類型)的系統(tǒng)的一部分。然而，本專利技術(shù)不限于該類型的系統(tǒng)。特別地，本專利技術(shù)涉及包括能夠生成多色光子束的至少一個(gè)裝置所需的任何系統(tǒng)。此外，在下文中，以非限制性示例的方式，分析系統(tǒng)被認(rèn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于生成多色光子束的裝置(DG)，所述裝置(DG)包括：至少一個(gè)脈沖激光源(SL)，其能夠以單一空間模式輸送具有至少一個(gè)波長的初級(jí)光子；形成裝置(MM)，其能夠作用在所述初級(jí)光子上以輸送輸入光束(FE)；以及至少一根光纖(FO)，其被布置成從所述輸入光束(FE)產(chǎn)生包含具有多個(gè)波長的次級(jí)光子的多色輸出光束(FS)，所述裝置(DG)的特征在于，所述脈沖激光源(SL)能夠以具有高泵浦能量的脈沖輸送所述初級(jí)光子，并且所述光纖(FO)具有至少十種模式，所述模式中的一種被稱為基本模式，并且所述初級(jí)光子的泵浦能量最初分布在這些模式之間，并且在通過從處于所述基本模式中的初級(jí)光子的所述波長的波長轉(zhuǎn)換生成各種波長的所述次級(jí)光子之前，所述光纖(FO)能夠經(jīng)由非線性效應(yīng)將所述能量重新定位到所述基本模式中。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2016.04.13 FR 16/532521.一種用于生成多色光子束的裝置(DG)，所述裝置(DG)包括：至少一個(gè)脈沖激光源(SL)，其能夠以單一空間模式輸送具有至少一個(gè)波長的初級(jí)光子；形成裝置(MM)，其能夠作用在所述初級(jí)光子上以輸送輸入光束(FE)；以及至少一根光纖(FO)，其被布置成從所述輸入光束(FE)產(chǎn)生包含具有多個(gè)波長的次級(jí)光子的多色輸出光束(FS)，所述裝置(DG)的特征在于，所述脈沖激光源(SL)能夠以具有高泵浦能量的脈沖輸送所述初級(jí)光子，并且所述光纖(FO)具有至少十種模式，所述模式中的一種被稱為基本模式，并且所述初級(jí)光子的泵浦能量最初分布在這些模式之間，并且在通過從處于所述基本模式中的初級(jí)光子的所述波長的波長轉(zhuǎn)換生成各種波長的所述次級(jí)光子之前，所述光纖(FO)能夠經(jīng)由非線性效應(yīng)將所述能量重新定位到所述基本模式中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述初級(jí)光子的泵浦能量的重新定位由至少一個(gè)參數(shù)控制，所述至少一個(gè)參數(shù)選自包括對(duì)所述光纖(FO)的能量耦合的修改、所述光纖(FO)的芯的折射率變化分布以及所述入射光束(FE)的偏振的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述形成裝置(MM)被布置成作用在所述初級(jí)光子上使得所述輸入光束(FE)發(fā)散地耦合到所述光纖(FO)的芯。4.根據(jù)權(quán)利要求2和3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述形成裝置(MM)被布置成作用在所述初級(jí)光子上使得所述輸入光束(FE)具有線性或橢圓偏振。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述光纖(FO)包括具有折射率變化分布的芯，所述折射率變化分布選自包括拋物線分布、高斯分布、超高斯分布、三角形分布、洛倫茲分布、多凸角分布、方形雙曲線正割分布和矩形分布的組合。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換選自包括通過自相位調(diào)制的轉(zhuǎn)換、通過交叉相位調(diào)制的轉(zhuǎn)換、通過拉曼效應(yīng)的轉(zhuǎn)換、通過孤子效應(yīng)的收斂和通過參量混合的轉(zhuǎn)換的組合。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述光纖(FO)摻雜有離子，并且所述裝置包括能夠向所述光纖(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：K·克魯帕，B·沙拉比，A·托內(nèi)洛，V·庫代爾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國立科學(xué)研究中心，利摩日大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：法國,FR