一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器，屬于激光器領(lǐng)域。本實(shí)用新型的一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器，包括順序連接的光源，增益光纖一和增益光纖二，所述增益光纖一上設(shè)有第一諧振腔和第二諧振腔，所述增益光纖二上設(shè)有多階斯托克斯光諧振腔，所述第一諧振腔與第二諧振腔部分重疊，所述第二諧振腔內(nèi)與第一諧振腔不相重疊處設(shè)有脈沖開(kāi)關(guān)。本實(shí)用新型的一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器具有常溫下高效率實(shí)現(xiàn)4μm中紅外調(diào)Q脈沖，以及4μm以上拉曼調(diào)Q脈沖激光，能夠大大降低激光閾值，提高輸出效率，降低成本損耗較小，易于集成，利于實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在非冷卻室溫條件下3.9μm激光高效輸出的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種4~8μ???脈沖拉曼全光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種激光器，特別是一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]中紅外波段的激光由于在大氣通信、工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用而受到眾多研究學(xué)者的青睞。相對(duì)于傳統(tǒng)固體和氣體激光器相比，光纖激光器具有低閾值、光束質(zhì)量好、高轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，作為增益介質(zhì)的光纖具有柔韌性好、易于集成的特點(diǎn)，其高的表面積-體積比利于散熱。而中紅外調(diào)Q脈沖激光器在工業(yè)加工、激光微創(chuàng)手術(shù)、非線性波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、激光對(duì)抗等方面具有不可替代的重要應(yīng)用，因此發(fā)展中紅外脈沖光纖激光器具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]近年來(lái)，2μπι和3 Mi波段的中紅外脈沖光纖激光器取得了較多進(jìn)展，更長(zhǎng)的波段可以通過(guò)拉曼效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。拉曼光纖激光器利用光纖中的非線性受激拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生斯托克斯光，長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光輸出可以通過(guò)高階拉曼效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，在中紅外波段，中紅外拉曼光纖激光器研究比較活躍的當(dāng)屬加拿大拉瓦爾大學(xué)的研究小組，在近些年的報(bào)道中，他們所獲得的最長(zhǎng)波長(zhǎng)(3.77 μπι)是采用3 μπι波段摻Er氟化物ZBLAN光纖作為栗源，采用無(wú)源硫化物光纖作為非線性介質(zhì)，雖然獲得了連續(xù)拉曼激光輸出，但是輸出功率和斜率效率均較低。國(guó)內(nèi)在此方面的研究相對(duì)滯后，還僅限于仿真階段。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的在于:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種常溫下高效率實(shí)現(xiàn)4μπι中紅外調(diào)Q脈沖，以及4μπι以上拉曼調(diào)Q脈沖激光，能夠大大降低激光閾值，提高輸出效率，降低成本損耗較小，易于集成，利于實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在非冷卻室溫條件下3.9μπι激光高效輸出的4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本實(shí)用新型一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，包括順序連接的光源，增益光纖一和增益光纖二，所述增益光纖一上設(shè)有第一諧振腔和第二諧振腔，所述增益光纖二上設(shè)有多階斯托克斯諧振腔，所述第一諧振腔與第二諧振腔部分重疊，所述第二諧振腔內(nèi)與第一諧振腔不相重疊處設(shè)有脈沖開(kāi)關(guān)。
[0007]由于采用了上述技術(shù)方案，光從光源發(fā)出，經(jīng)過(guò)增益光纖一，在第一諧振腔反復(fù)振蕩增益，形成1.2 Mi的激光;在第二諧振腔中，由于可飽和吸收體的存在，第二諧振腔內(nèi)首先處于一個(gè)低Q值狀態(tài)，粒子能量躍迀并積累在5I5能級(jí)，當(dāng)激光的能量達(dá)到脈沖開(kāi)關(guān)閾值的時(shí)候，脈沖開(kāi)關(guān)被打開(kāi)，第二諧振腔內(nèi)的Q值瞬間提高，積累在5I5能級(jí)上的粒子便以雪崩的形式躍迀到下能級(jí)，輸出一個(gè)巨脈沖，能量釋放后脈沖開(kāi)關(guān)關(guān)閉，腔內(nèi)Q值驟減，如此往復(fù)產(chǎn)生高效3.9μπι調(diào)Q巨脈沖輸出。
[0008]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述第一諧振腔位于第二諧振腔內(nèi)，所述脈沖開(kāi)關(guān)設(shè)置于第二諧振腔內(nèi)遠(yuǎn)光源端。
[0009]由于采用了上述技術(shù)方案，第一諧振腔置于第二諧振腔內(nèi)，由1.2 Mi激光級(jí)聯(lián)輸出3.9μπι激光可有效提高3.9μπι激光輸出效率，同時(shí)大大降低系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，結(jié)構(gòu)合理，縮小了激光器體積，便于激光器集成應(yīng)用。
[0010]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述第一諧振腔包括第二激光高反光柵和第三激光高反光柵，所述第二諧振腔包括第一激光高反光柵和第四激光半反光柵。
[0011]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述增益光纖一上依次設(shè)置有第一激光高反光柵，第二激光高反光柵，第三激光高反光柵，脈沖開(kāi)關(guān)和第四激光半反光柵，所述第一激光高反光柵設(shè)置于增益光纖一的近光源端。
[0012]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述第一激光高反光柵對(duì)3.9μπι激光的反射率>95%，所述第二激光高反光柵對(duì)1.2μπι激光的反射率>95%，所述第三激光高反光柵對(duì)1.2μπι激光的反射率>90%，所述第四激光半反光柵對(duì)3.9μπι激光的反射率為40%?60%。
[0013]由于采用了上述技術(shù)方案，1.2μπι光纖光柵成對(duì)形成第一諧振腔，3.9μπι光纖光柵成對(duì)形成第二諧振腔。
[0014]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述脈沖開(kāi)關(guān)為石墨烯Q開(kāi)關(guān)，所述石墨烯Q開(kāi)關(guān)根據(jù)激光能量自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉。
[0015]石墨烯Q開(kāi)關(guān)可以是采用倏逝波的形式涂覆于光纖側(cè)面，或者采用光纖尾端蒸鍍并采用尾端對(duì)接的方式插入至諧振腔內(nèi)。
[0016]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述多階斯托克斯諧振腔包括順序連接的若干第一高反光纖光柵，一個(gè)半反光纖光柵和若干第二高反光纖光柵。
[0017]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述第一高反光纖光柵對(duì)應(yīng)第I 階拉曼激光，所述第一高反光纖光柵的反射率>95%;所述半反光纖光柵對(duì)應(yīng)第η階拉曼激光，所述半反光纖光柵的反射率為40%?60%;所述第二高反光纖光柵對(duì)應(yīng)第I?(η-1)階拉曼激光，所述第二高反光纖光柵的反射率>95%，η為自然數(shù)。
[0018]由于采用了上述技術(shù)方案，3.9μπι調(diào)Q脈沖傳輸至增益光纖二，刻寫(xiě)于增益光纖二上的光柵FBGc1PFBGcm與FBGil?FBGin中的η為自然數(shù)，并且η取I，2，3，.1-1，n ABGcin與FBGin的反射波長(zhǎng)均對(duì)應(yīng)于第η階斯托克斯光的中心波長(zhǎng)，且對(duì)于中心波長(zhǎng)的光具有較高的反射率(>95%)，唯有當(dāng)η取最大值(斯托克斯光的最高階數(shù))時(shí)，對(duì)于FBGcin的反射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于第η階斯托克斯光的中心波長(zhǎng)，反射率為40%?60%，作為第η階斯托克斯光的輸出端。例如，當(dāng)η=4時(shí)，各階斯托克斯光在腔內(nèi)的形成過(guò)程為:3.9 μπι脈沖激光在硫化物光纖中傳輸，產(chǎn)生自發(fā)拉曼散射，當(dāng)注入的3.9 Mi脈沖激光達(dá)到一階拉曼閾值功率，就產(chǎn)生波長(zhǎng)為4.5 μπι的一階斯托克斯光，并在由FBGil與FBGcil組成的諧振腔中振蕩增強(qiáng)后作為產(chǎn)生二階5.3 μπι斯托克斯光的栗浦光而被拉曼光纖再吸收，其激發(fā)的二級(jí)斯托克斯光在第二級(jí)光纖布拉格光柵對(duì)構(gòu)成的諧振腔內(nèi)振蕩增強(qiáng)。如此下去，只要前一階的斯托克斯光功率能達(dá)到產(chǎn)生下一階斯托克斯光的拉曼閾值功率，則這種級(jí)聯(lián)的振蕩就可以一直持續(xù)下去，且每階的斯托克斯光均在相應(yīng)的光纖布拉格光柵對(duì)組成的諧振腔中振蕩。三階、四階斯托克斯光的波長(zhǎng)分別為6.5 μπι,8.3 μπι。第η階斯托克斯光的輸出端FBGcin對(duì)其具有部分反射率(40%?60%)，這樣第η階調(diào)Q斯托克斯光就從此輸出端輸出，實(shí)現(xiàn)4?8μπι及更長(zhǎng)中紅外波長(zhǎng)的調(diào)Q拉曼激光輸出。
[0019]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述增益光纖一為摻Ho氟化物ABLAN光纖，所述增益光纖二為無(wú)源硫化物光纖。
[0020]本實(shí)用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述光源為885nm激光二極管栗浦源。
[0021 ]由于采用了上述技術(shù)方案，采取與栗源所選取的氟化物光纖尺寸匹配的無(wú)源硫化物光纖上刻寫(xiě)多階光纖光柵對(duì)，采取光纖端面熔接的方法，且選取尺寸匹配的不同種光纖，大大降低了損耗，更利于系統(tǒng)集成。
[0022]Ho氟化物光纖作為增益光纖，并在其中寫(xiě)入級(jí)聯(lián)雙波長(zhǎng)(1.2μπι，3.9μπι)光纖布拉格光柵對(duì)，通過(guò)Ho離子能級(jí)躍迀5l6—5l8產(chǎn)生的1.2μηι激光輸出來(lái)排空516能級(jí)上的粒子集聚，有效提高5I5與5I6兩能級(jí)的離子數(shù)反轉(zhuǎn)，大大降低3.9μπι激光閾值，提高輸出效率，大大降低多聲子弛豫產(chǎn)生的熱量。
[0023]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0024]1、能夠非制冷常溫下高效、穩(wěn)定、連續(xù)的獲得3.9μηι激光，實(shí)現(xiàn)4?8μηι調(diào)Q拉曼激光輸出，為解決目前現(xiàn)有技術(shù)中紅外激光器波長(zhǎng)較短，實(shí)用性不強(qiáng)，效率低，功率低等問(wèn)題提供了有效的解決方案。
[0025]2、采用中紅外全光纖結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成和實(shí)際應(yīng)用，摒棄現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)耦合透鏡、二色鏡等的高要求，大大降低了損耗及成本。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中標(biāo)記:I為光源，2為恪接點(diǎn)一，3為第一激光高反光柵，4為第二激光高反光柵，5為增益光纖一，6為第三激光高反光柵，7為脈沖開(kāi)關(guān)，8為第四激光半反光柵，9為恪接點(diǎn)二，10為第一高反光纖光柵，11為增益光纖二，12為半反光纖光柵，13為第二高反光纖光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0030]如圖1所示，一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，包括順序連接的光源I，增益光纖一 5和增益光纖二 11，增益光纖一 5上設(shè)有第一諧振腔和第二諧振腔，增益光纖二 5上設(shè)有多階斯托克斯諧振腔，第一諧振腔與第二諧振腔部分重疊，所述第二諧振腔內(nèi)與第一諧振腔不相重疊處設(shè)有脈沖開(kāi)關(guān)7。第一諧振腔位于第二諧振腔內(nèi)，脈沖開(kāi)關(guān)7設(shè)置于第二諧振腔內(nèi)遠(yuǎn)光源端。第一諧振腔包括第二激光高反光柵4和第三激光高反光柵6，第二諧振腔包括第一激光高反光柵3和第四激光半反光柵8。增益光纖一 5上依次設(shè)置有第一激光高反光柵3，第二激光高反光柵4，第三激光高反光柵6，脈沖開(kāi)關(guān)7和第四激光半反光柵8，第一激光高反光柵3設(shè)置于增益光纖一 5的近光源端。第一激光高反光柵3對(duì)3.9μηι激光的反射率>95%，第二激光高反光柵4對(duì)1.2μπι激光的反射率>95%，第三激光高反光柵6對(duì)1.2μπι激光的反射率>90%，第四激光半反光柵對(duì)3.9μπι激光的反射率為40%?60%。脈沖開(kāi)關(guān)7為石墨烯Q開(kāi)關(guān)，石墨烯Q開(kāi)關(guān)根據(jù)激光能量自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉。多階斯托克斯諧振腔包括順序連接的若干第一高反光纖光柵10，一個(gè)半反光纖光柵12和若干第二高反光纖光柵13。第一高反光纖光柵10對(duì)應(yīng)第I?4階拉曼激光，第一高反光纖光柵10的反射率>95%;半反光纖光柵12對(duì)應(yīng)第4階拉曼激光，半反光纖光柵12的反射率為40%?60%;第二高反光纖光柵13對(duì)應(yīng)第I?3階拉曼激光，第二高反光纖光柵13的反射率>95%，3.9 μπι脈沖激光在硫化物光纖中傳輸，產(chǎn)生自發(fā)拉曼散射，當(dāng)注入的3.9 μπι脈沖激光達(dá)到一階拉曼閾值功率，就產(chǎn)生波長(zhǎng)為4.5 μπι的一階斯托克斯光，并在由FBGil與FBGcil組成的諧振腔中振蕩增強(qiáng)后作為產(chǎn)生二階5.3 μπι斯托克斯光的栗浦光而被拉曼光纖再吸收，其激發(fā)的二級(jí)斯托克斯光在第二級(jí)光纖布拉格光柵對(duì)構(gòu)成的諧振腔內(nèi)振蕩增強(qiáng)。如此下去，只要前一階的斯托克斯光功率能達(dá)到產(chǎn)生下一階斯托克斯光的拉曼閾值功率，則這種級(jí)聯(lián)的振蕩就可以一直持續(xù)下去，且每階的斯托克斯光均在相應(yīng)的光纖布拉格光柵對(duì)組成的諧振腔中振蕩。三階、四階斯托克斯光的波長(zhǎng)分別為6.5 μπι、8.3 Mi。通過(guò)改變?chǔ)堑娜≈?，即可改變輸出光的頻率，輸出光從增益光纖二11的尾纖輸出，增益光纖二 11的尾纖可熔接有光源輸出器。增益光纖一 5為雙包層摻Ho氟化物ABLAN光纖，增益光纖二11為無(wú)源硫化物光纖，光源為885nm栗浦源，為855nm激光二極管，激光二極管的尾纖輸出端與摻Ho氟化物ABLAN光纖前端通過(guò)端面熔接的方式連接在一起，形成熔接連接點(diǎn)一 2，光纖光柵3,4,6,8,10,12,13均是通過(guò)刻寫(xiě)的方式刻寫(xiě)于光纖上，氟化物光纖尺寸與作為拉曼增益光纖的無(wú)源硫化物光纖尺寸向匹配，能夠最大限度的減小熔接損耗，增益光線一5和增益光線二11熔接在一起形成熔接點(diǎn)二9，。
[0031 ]雖然本實(shí)施例僅以η取值為4時(shí)對(duì)本技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)解說(shuō)，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到η的取值范圍的變化對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的并且只要選取了合適的材料(對(duì)各階斯托克斯光具有較低損耗)可根據(jù)需要獲得的激光波長(zhǎng)對(duì)η進(jìn)行取值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖波長(zhǎng)的選擇。因此本實(shí)用新型申請(qǐng)的保護(hù)范圍不應(yīng)受本實(shí)施例η=4的限制。
[0032]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:包括順序連接的光源(I)，增益光纖一 (5)和增益光纖二(11)，所述增益光纖一 (5)上設(shè)有第一諧振腔和第二諧振腔，所述增益光纖二 (5)上設(shè)有多階斯托克斯諧振腔，所述第一諧振腔與第二諧振腔部分重疊，所述第二諧振腔內(nèi)與第一諧振腔不相重疊處設(shè)有脈沖開(kāi)關(guān)(7)。2.如權(quán)利要求1所述的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述第一諧振腔位于第二諧振腔內(nèi)，所述脈沖開(kāi)關(guān)(7)設(shè)置于第二諧振腔內(nèi)遠(yuǎn)光源端。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述第一諧振腔包括第二激光高反光柵(4)和第三激光高反光柵(6)，所述第二諧振腔包括第一激光高反光柵(3)和第四激光半反光柵(8)。4.如權(quán)利要求3所述的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述增益光纖一(5)上依次設(shè)置有第一激光高反光柵(3)，第二激光高反光柵(4)，第三激光高反光柵(6)，脈沖開(kāi)關(guān)(7)和第四激光半反光柵(8)，所述第一激光高反光柵(3)設(shè)置于增益光纖一 (5)的近光源端。5.如權(quán)利要求4所述的一種4?8μηι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述第一激光高反光柵(3 )對(duì)3.9μπι激光的反射率>95%，所述第二激光高反光柵(4 )對(duì)1.2μπι激光的反射率>95%，所述第三激光高反光柵(6)對(duì)1.2μπι激光的反射率>90%，所述第四激光半反光柵對(duì)3.9μπι激光的反射率為40%?60%。6.如權(quán)利要求1或2或4或5所述的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述脈沖開(kāi)關(guān)(7)為石墨烯Q開(kāi)關(guān)，所述石墨烯Q開(kāi)關(guān)根據(jù)激光能量自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉。7.如權(quán)利要求6所述的一種4?8μηι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述多階斯托克斯諧振腔包括順序連接的若干第一高反光纖光柵(10)，一個(gè)半反光纖光柵(12)和若干第二高反光纖光柵(13)。8.如權(quán)利要求7所述的一種4?8μηι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述第一高反光纖光柵(10)對(duì)應(yīng)第1~η階拉曼激光，所述第一高反光纖光柵(10)的反射率>95%;所述半反光纖光柵(I 2)對(duì)應(yīng)第η階拉曼激光，所述半反光纖光柵(12)的反射率為40%?60%;所述第二高反光纖光柵(13)對(duì)應(yīng)第1~(η-1)階拉曼激光，所述第二高反光纖光柵(13)的反射率>95%，η為自然數(shù)。9.如權(quán)利要求1或2或4或5或7或8所述的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，其特征在于:所述增益光纖一(5)為摻Ho氟化物ABLAN光纖，所述增益光纖二( 11)為無(wú)源硫化物光纖。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK205646423SQ201620331486
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】張晗, 韋晨
【申請(qǐng)人】成都瀚辰光翼科技有限責(zé)任公司