本實用新型涉及一種光纖激光器,具體涉及一種瓦級1.7μm窄線寬全光纖摻銩石英光纖激光器。
背景技術:
近年來,隨著1.7微米波段的應用被慢慢開發出來后,人們對1.7μm摻銩光纖激光器產生了較大的興趣。與之前常用的短波段(808nm,1.3μm)相比,此長波段能減少光在生物組織中的瑞利散射。除此之外,水在該波段的吸收很少,因此1.7μm波段在OCT成像方面有著很好的應用前景。另外CH鍵在1.7μm附近有很強的吸收峰,因此它還可以用于皮脂腺的激光手術和一些高密度聚合物的焊接。除了這些直接應用外,1.7μm波段還可以用作中紅外3-5μm波段的有效泵浦源。
摻銩的石英光纖激光器是得到1.7μm波段的重要途徑,由于Tm3+中存在3F4→3H6的躍遷,可以產生1650nm-2200nm的超寬發光范圍。但由于摻銩光纖激光器屬于準三能級系統,因而在激光產生過程中存在短波長激光再吸收現象。除此之外,由于1.7μm波段處于Tm3+熒光光譜邊緣,熒光中心波長處的ASE極易導致1.7μm波長處增益飽和。要實現1.7μm激光的有效操作,必須有效的解決上述問題。
技術實現要素:
為了解決現有的摻銩光纖激光器存在短波長激光再吸收現象以及容易導致1.7μm波長處增益飽和的技術問題,本實用新型提供一種瓦級1.7μm窄線寬全光纖摻銩石英光纖激光器。
本實用新型的技術解決方案是:一種瓦級1.7μm窄線寬全光纖摻銩石英光纖激光器,其特殊之處在于:包括泵浦源和激光器諧振腔;所述激光器諧振腔包括高反射率光纖布拉格光柵、波分復用器、摻銩石英光纖和低反射率光纖布拉格光柵;所述波分復用器的泵浦臂與泵浦源熔接;所述波分復用器的信號注入端與高反射率光纖布拉格光柵一端熔接,高反射率光纖布拉格光柵的另一端熔接光纖跳線接頭a;所述波分復用器的合束端與摻銩石英光纖一端熔接,摻銩石英光纖的另一端與低反射率光纖布拉格光柵一端熔接,低反射率光纖布拉格光柵的另一端熔接光纖跳線接頭b;所述低反射率光纖布拉格光柵的輸出光路上設置有濾波片。
上述高反射率光纖布拉格光柵的中心波長為1700nm~1720nm,半高寬小于0.5nm,反射率大于99.8%。
上述低反射率光纖布拉格光柵的中心波長為1700nm~1720nm,半高寬小于0.5nm,反射率為12%~36%。
上述高反射率光纖布拉格光柵的透射光譜與所述低反射率光纖布拉格光柵的透射光譜有重疊部分,所述泵浦源的輸出波長以及線寬與所述重疊部分相吻合。通過定量的控制兩光纖布拉格光柵間透過光譜的重疊部分可以窄化輸出激光的線寬。
本實用新型的有益效果在于:
(1)本實用新型通過對摻銩石英光纖的長度和低反射率光纖布拉格光柵反射率進行優化,同時在光纖激光器諧振腔兩端端面做斜角處理(對光纖端面切八度角,防止一些寄生激光的產生),很好地解決了信號光的再吸收和ASE的抑制等問題,得到了有效的1.7μm激光輸出。
(2)本實用新型通過定量的控制兩光纖布拉格光柵間透過光譜的重疊部分可以窄化輸出激光的線寬。
(3)本實用新型為全光纖結構,結構設計簡單緊湊,插入損耗低,穩定性好,效率高。
附圖說明
圖1為本實用新型的石英光纖激光器結構示意圖;
圖2為本實用新型的石英光纖激光器輸出激光光譜圖;
圖3為本實用新型的激光輸出功率和泵浦光功率的關系圖。
具體實施方式
參見圖1,本實用新型的石英光纖激光器結構包括泵浦源1、波分復用器2、摻銩石英光纖3、低反射率光纖布拉格光柵4、高反射率光纖布拉格光柵5、光纖跳線接頭a 6、光纖跳線接頭b 7和濾波片8。其中波分復用器2的泵浦臂、信號注入端和合束端分別對應熔接泵浦源1、高反射率光纖布拉格光柵5和摻銩石英光纖3;摻銩石英光纖3的另一端與低反射率光纖布拉格光柵4熔接;低反射率光纖布拉格光柵5、波分復用器2、摻銩石英光纖3、高反射率光纖布拉格光柵5組成激光諧振腔;兩個光纖布拉格光柵的另一端均與光纖跳線接頭熔接;低反射率光纖布拉格光柵4的輸出光路上設置濾波片8。
泵浦源1可以采用IPG Laser公司生產的1550nm摻鉺光纖激光器,最大輸出功率為20W;波分復用器2的工作波長為1550/1710±10nm,最大插入損耗≤0.2dB;摻銩石英光纖3的纖芯和內包層的半徑分別為10.2μm和127μm,數值孔徑為0.217,長度為200mm,且端面為正八邊形;低反射率光纖布拉格光柵4的中心波長為1706.7nm,半高寬FWHM小于0.5nm,反射率為24.1%;高反射率光纖布拉格光柵5的中心波長為1707.21nm,半高寬FWHM小于0.5nm,相對反射率大于99.8%。光纖跳線接頭a 6和光纖跳線接頭b 7均為APC頭;濾波片8在1530~1570nm波長范圍內高反射,在1650~2050nm波長范圍內高透射。
激光器諧振腔的一端為低反射率光纖布拉格光柵4,另一端為高反射率光纖布拉格光柵5。1550nm的泵浦光通過波分復用器2耦合進摻銩石英光纖3中,形成粒子數反轉分布,Tm3+在能級3H6~3F4之間躍遷,產生1.7μm波段范圍的受激輻射,再通過諧振腔的振蕩放大形成穩定的激光。
通過不斷優化上述摻銩石英光纖3的長度至200mm,可以有效地減少信號光在摻銩石英增益光纖中的再吸收現象;通過激光器諧振腔兩端的APC光纖跳線接頭,再結合低反射率光纖布拉格光柵4和高反射率光纖布拉格光柵5高效的波長選擇性,可以有效的減弱由于熒光中心波長處的ASE導致的1.7μm波長處的增益飽和效應。
通過該結構可以獲得有效的瓦級1.707μm窄線寬激光輸出。光譜儀在諧振腔高反射率光纖布拉格光柵5一端檢測激光光譜,測得的激光光譜如圖2所示。在激光輸出光路上設置有濾波片8,將輸出光中殘留的泵浦光給過濾掉;如圖3所示是1707nm激光輸出功率與泵浦光功率的關系圖。由圖可知,實驗中獲得最大輸出功率為1.28W。