一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器，屬于激光器領域。本實用新型的一種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有第一諧振腔和第二諧振腔，所述增益光纖二上設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，所述第二諧振腔內與第一諧振腔不相重疊處設有脈沖開關。本實用新型的一種4~8μm脈沖拉曼全光纖激光器具有常溫下高效率實現4μm中紅外調Q脈沖，以及4μm以上拉曼調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，利于實際應用，實現在非冷卻室溫條件下3.9μm激光高效輸出的特點。
【專利說明】
一種4~8μ???脈沖拉曼全光纖激光器
技術領域
[0001]本實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】
[0002]中紅外波段的激光由于在大氣通信、工業、國防、醫療、化學等領域具有廣泛的應用而受到眾多研究學者的青睞。相對于傳統固體和氣體激光器相比，光纖激光器具有低閾值、光束質量好、高轉換效率；同時，作為增益介質的光纖具有柔韌性好、易于集成的特點，其高的表面積-體積比利于散熱。而中紅外調Q脈沖激光器在工業加工、激光微創手術、非線性波長轉換、激光對抗等方面具有不可替代的重要應用，因此發展中紅外脈沖光纖激光器具有重要的科學意義和應用價值。
[0003]近年來，2μπι和3 Mi波段的中紅外脈沖光纖激光器取得了較多進展，更長的波段可以通過拉曼效應來實現。拉曼光纖激光器利用光纖中的非線性受激拉曼散射效應產生斯托克斯光，長波長的激光輸出可以通過高階拉曼效應來實現。近年來，在中紅外波段，中紅外拉曼光纖激光器研究比較活躍的當屬加拿大拉瓦爾大學的研究小組，在近些年的報道中，他們所獲得的最長波長(3.77 μπι)是采用3 μπι波段摻Er氟化物ZBLAN光纖作為栗源，采用無源硫化物光纖作為非線性介質，雖然獲得了連續拉曼激光輸出，但是輸出功率和斜率效率均較低。國內在此方面的研究相對滯后，還僅限于仿真階段。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的實用新型目的在于:針對上述存在的問題，提供一種常溫下高效率實現4μπι中紅外調Q脈沖，以及4μπι以上拉曼調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，利于實際應用，實現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]本實用新型采用的技術方案如下:
[0006]本實用新型一種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有第一諧振腔和第二諧振腔，所述增益光纖二上設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，所述第二諧振腔內與第一諧振腔不相重疊處設有脈沖開關。
[0007]由于采用了上述技術方案，光從光源發出，經過增益光纖一，在第一諧振腔反復振蕩增益，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，第二諧振腔內首先處于一個低Q值狀態，粒子能量躍迀并積累在5I5能級，當激光的能量達到脈沖開關閾值的時候，脈沖開關被打開，第二諧振腔內的Q值瞬間提高，積累在5I5能級上的粒子便以雪崩的形式躍迀到下能級，輸出一個巨脈沖，能量釋放后脈沖開關關閉，腔內Q值驟減，如此往復產生高效3.9μπι調Q巨脈沖輸出。
[0008]本實用新型的一種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，所述脈沖開關設置于第二諧振腔內遠光源端。
[0009]由于采用了上述技術方案，第一諧振腔置于第二諧振腔內，由1.2 Mi激光級聯輸出3.9μπι激光可有效提高3.9μπι激光輸出效率，同時大大降低系統產生的熱量，結構合理，縮小了激光器體積，便于激光器集成應用。
[0010]本實用新型的一種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，脈沖開關和第四激光半反光柵，所述第一激光高反光柵設置于增益光纖一的近光源端。
[0012]本實用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述第一激光高反光柵對3.9μπι激光的反射率>95%，所述第二激光高反光柵對1.2μπι激光的反射率>95%，所述第三激光高反光柵對1.2μπι激光的反射率>90%，所述第四激光半反光柵對3.9μπι激光的反射率為40%?60%。
[0013]由于采用了上述技術方案，1.2μπι光纖光柵成對形成第一諧振腔，3.9μπι光纖光柵成對形成第二諧振腔。
[0014]本實用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述脈沖開關為石墨烯Q開關，所述石墨烯Q開關根據激光能量自動打開或關閉。
[0015]石墨烯Q開關可以是采用倏逝波的形式涂覆于光纖側面，或者采用光纖尾端蒸鍍并采用尾端對接的方式插入至諧振腔內。
[0016]本實用新型的一種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，一個半反光纖光柵和若干第二高反光纖光柵。
[0017]本實用新型的一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器，所述第一高反光纖光柵對應第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應第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應第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。
[0018]由于采用了上述技術方案，3.9μπι調Q脈沖傳輸至增益光纖二，刻寫于增益光纖二上的光柵FBGc1PFBGcm與FBGil?FBGin中的η為自然數，并且η取I，2，3，.1-1，n ABGcin與FBGin的反射波長均對應于第η階斯托克斯光的中心波長，且對于中心波長的光具有較高的反射率(>95%)，唯有當η取最大值(斯托克斯光的最高階數)時，對于FBGcin的反射波長對應于第η階斯托克斯光的中心波長，反射率為40%?60%，作為第η階斯托克斯光的輸出端。例如，當η=4時，各階斯托克斯光在腔內的形成過程為:3.9 μπι脈沖激光在硫化物光纖中傳輸，產生自發拉曼散射，當注入的3.9 Mi脈沖激光達到一階拉曼閾值功率，就產生波長為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后作為產生二階5.3 μπι斯托克斯光的栗浦光而被拉曼光纖再吸收，其激發的二級斯托克斯光在第二級光纖布拉格光柵對構成的諧振腔內振蕩增強。如此下去，只要前一階的斯托克斯光功率能達到產生下一階斯托克斯光的拉曼閾值功率，則這種級聯的振蕩就可以一直持續下去，且每階的斯托克斯光均在相應的光纖布拉格光柵對組成的諧振腔中振蕩。三階、四階斯托克斯光的波長分別為6.5 μπι,8.3 μπι。第η階斯托克斯光的輸出端FBGcin對其具有部分反射率(40%?60%)，這樣第η階調Q斯托克斯光就從此輸出端輸出，實現4?8μπι及更長中紅外波長的調Q拉曼激光輸出。
[0019]本實用新型的一種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源硫化物光纖。
[0020]本實用新型的一種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方案，采取與栗源所選取的氟化物光纖尺寸匹配的無源硫化物光纖上刻寫多階光纖光柵對，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，更利于系統集成。
[0022]Ho氟化物光纖作為增益光纖，并在其中寫入級聯雙波長(1.2μπι，3.9μπι)光纖布拉格光柵對，通過Ho離子能級躍迀5l6—5l8產生的1.2μηι激光輸出來排空516能級上的粒子集聚，有效提高5I5與5I6兩能級的離子數反轉，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生的熱量。
[0023]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:
[0024]1、能夠非制冷常溫下高效、穩定、連續的獲得3.9μηι激光，實現4?8μηι調Q拉曼激光輸出，為解決目前現有技術中紅外激光器波長較短，實用性不強，效率低，功率低等問題提供了有效的解決方案。
[0025]2、采用中紅外全光纖結構，設計合理，結構簡單，易于集成和實際應用，摒棄現有技術中對耦合透鏡、二色鏡等的高要求，大大降低了損耗及成本。
【附圖說明】
[0026]圖1是一種4?8μπι脈沖拉曼全光纖激光器的結構示意圖。
[0027]圖中標記:I為光源，2為恪接點一，3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為脈沖開關，8為第四激光半反光柵，9為恪接點二，10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。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0029]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[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上設有第一諧振腔和第二諧振腔，增益光纖二 5上設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，所述第二諧振腔內與第一諧振腔不相重疊處設有脈沖開關7。第一諧振腔位于第二諧振腔內，脈沖開關7設置于第二諧振腔內遠光源端。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，脈沖開關7和第四激光半反光柵8，第一激光高反光柵3設置于增益光纖一 5的近光源端。第一激光高反光柵3對3.9μηι激光的反射率>95%，第二激光高反光柵4對1.2μπι激光的反射率>95%，第三激光高反光柵6對1.2μπι激光的反射率>90%，第四激光半反光柵對3.9μπι激光的反射率為40%?60%。脈沖開關7為石墨烯Q開關，石墨烯Q開關根據激光能量自動打開或關閉。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對應第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對應第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對應第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，產生自發拉曼散射，當注入的3.9 μπι脈沖激光達到一階拉曼閾值功率，就產生波長為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后作為產生二階5.3 μπι斯托克斯光的栗浦光而被拉曼光纖再吸收，其激發的二級斯托克斯光在第二級光纖布拉格光柵對構成的諧振腔內振蕩增強。如此下去，只要前一階的斯托克斯光功率能達到產生下一階斯托克斯光的拉曼閾值功率，則這種級聯的振蕩就可以一直持續下去，且每階的斯托克斯光均在相應的光纖布拉格光柵對組成的諧振腔中振蕩。三階、四階斯托克斯光的波長分別為6.5 μπι、8.3 Mi。通過改變η的取值，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光纖前端通過端面熔接的方式連接在一起，形成熔接連接點一 2，光纖光柵3,4,6,8,10,12,13均是通過刻寫的方式刻寫于光纖上，氟化物光纖尺寸與作為拉曼增益光纖的無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二9，。
[0031 ]雖然本實施例僅以η取值為4時對本技術方案進行了詳細解說，但是本領域的普通技術人員應該意識到η的取值范圍的變化對于本領域的技術人員來說是顯而易見的并且只要選取了合適的材料(對各階斯托克斯光具有較低損耗)可根據需要獲得的激光波長對η進行取值，從而實現對輸出脈沖波長的選擇。因此本實用新型申請的保護范圍不應受本實施例η=4的限制。
[0032]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
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)上設有第一諧振腔和第二諧振腔，所述增益光纖二 (5)上設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，所述第二諧振腔內與第一諧振腔不相重疊處設有脈沖開關(7)。2.如權利要求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，所述脈沖開關(7)設置于第二諧振腔內遠光源端。3.如權利要求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)，脈沖開關(7)和第四激光半反光柵(8)，所述第一激光高反光柵(3)設置于增益光纖一 (5)的近光源端。5.如權利要求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3.9μπι激光的反射率>95%，所述第二激光高反光柵(4 )對1.2μπι激光的反射率>95%，所述第三激光高反光柵(6)對1.2μπι激光的反射率>90%，所述第四激光半反光柵對3.9μπι激光的反射率為40%?60%。6.如權利要求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:所述脈沖開關(7)為石墨烯Q開關，所述石墨烯Q開關根據激光能量自動打開或關閉。7.如權利要求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)，一個半反光纖光柵(12)和若干第二高反光纖光柵(13)。8.如權利要求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)對應第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)對應第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)對應第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。9.如權利要求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)為無源硫化物光纖。
【文檔編號】H01S3/067GK205646423SQ201620331486
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】張晗, 韋晨
【申請人】成都瀚辰光翼科技有限責任公司