[發(fā)明專利]基于鉺鐿共摻雙包層光纖的中紅外高功率激光光源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710042422.5
• 申請(qǐng)日: 2007-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN101071928A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周軍;蔡虹;董景星;張芳沛;樓祺洪;魏運(yùn)榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/08;H01S3/0941;H01S3/108;H01S3/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高功率中紅外激光光源，特別是一種基于鉺鐿共摻雙包層光纖的中紅外高功率激光光源。

背景技術(shù)

近年來(lái)，激光器的輸出波長(zhǎng)擴(kuò)展到中紅外已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注，不僅是因?yàn)闅怏w分子在中紅外波長(zhǎng)區(qū)域的吸收譜線強(qiáng)度要比近紅外波段高幾個(gè)量級(jí)，因而中紅外激光光譜技術(shù)有著非常重要的應(yīng)用前景，還因?yàn)樵?～5μm波段是大氣的窗口波段，在該波段內(nèi)激光對(duì)大霧、煙塵具有較強(qiáng)的穿透力，在海平面上傳輸受氣體分子散射小，因此適合運(yùn)用在激光雷達(dá)、光電對(duì)抗等領(lǐng)域。目前，獲得這一波長(zhǎng)范圍內(nèi)中紅外激光的技術(shù)主要有，氟氘化學(xué)激光器直接產(chǎn)生，光參量振蕩器(OPO)及差頻(DFG)產(chǎn)生等多種方法來(lái)獲得這一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光。化學(xué)激光器的能量分布在較寬的光譜范圍內(nèi)，但結(jié)構(gòu)龐大，造價(jià)昂貴；光參量振蕩器輸出光能量低，光束質(zhì)量較差；而差頻相對(duì)于光參量振蕩器和化學(xué)激光器，有很多優(yōu)點(diǎn)，如可調(diào)諧范圍靈活、全固化結(jié)構(gòu)緊湊、輸出能量高等。

采用差頻產(chǎn)生中紅外激光的在先技術(shù)中，需要兩臺(tái)不同輸出波長(zhǎng)的Nd:YAG激光器，以產(chǎn)生4μm波段的中紅外激光。參見(jiàn)在先技術(shù)[光學(xué)與光電技術(shù).3：26-28，2005]，固體Nd:YAG激光器的效率相對(duì)較低，并且高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)激光光束質(zhì)量低，導(dǎo)致差頻轉(zhuǎn)換效率低；另外，由于采用了兩臺(tái)激光器，系統(tǒng)的成本高，穩(wěn)定性不高。在先技術(shù)中，使用鉺鐿共摻光纖作為激光介質(zhì)，通過(guò)采取抑制1.06μm的激光振蕩來(lái)獲得1.5μm波長(zhǎng)的激光，輸出激光的光譜帶寬較大。參見(jiàn)在先技術(shù)[OPTICSEXPRESS.14：3936-3941，2006]，在這種技術(shù)中，由于采用鍍膜腔片構(gòu)成諧振腔，不能實(shí)現(xiàn)激光器的全光纖化，其推廣應(yīng)用受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種基于鉺鐿共摻雙包層光纖的中紅外高功率激光光源，以提高激光光源的轉(zhuǎn)換效率和輸出穩(wěn)定性，獲得高功率、高光束質(zhì)量的中紅外激光輸出，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光纖化，以利于激光光源的小型化。

本發(fā)明的基本思想是：采用高功率半導(dǎo)體激光器泵浦熔接有兩個(gè)光纖光柵的鉺鐿共摻雙包層光纖，實(shí)現(xiàn)了1.06μm附近和1.56μm附近的雙波長(zhǎng)激光的同時(shí)輸出，然后利用非線性晶體實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長(zhǎng)激光的差頻，獲得高功率的中紅外激光輸出。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于鉺鐿共摻雙包層光纖的中紅外高功率激光光源，其構(gòu)成包括：高功率半導(dǎo)體激光器和自該高功率半導(dǎo)體激光器的輸出端依次設(shè)置的：傳能光纖、第一光纖光柵、第二光纖光柵、鉺鐿共摻雙包層光纖、準(zhǔn)直透鏡、聚焦透鏡、非線性晶體和準(zhǔn)直輸出透鏡，所述的鉺鐿共摻雙包層光纖的輸出端位于所述的準(zhǔn)直透鏡的前焦點(diǎn)，所述的聚焦透鏡的后焦點(diǎn)和準(zhǔn)直輸出透鏡的前焦點(diǎn)共焦，該焦點(diǎn)位于所述的非線性晶體之中，所述的高功率半導(dǎo)體激光器發(fā)出的泵浦光通過(guò)傳能光纖耦合到鉺鐿共摻雙包層光纖，在所述的傳能光纖和鉺鐿共摻雙包層光纖之間，熔接有分別對(duì)中心波長(zhǎng)λ₁和中心波長(zhǎng)λ₂高反的第一光纖光柵和第二光纖光柵，分別作鉺鐿共摻雙包層光纖激光器的λ₁和λ₂激光波長(zhǎng)的諧振腔鏡，鉺鐿共摻雙包層光纖的另一端垂直軸線切割，作為諧振腔的輸出鏡。

所述的鉺鐿共摻雙包層光纖的纖芯為圓形，直徑為20μm，纖芯數(shù)值孔徑為0.07；其內(nèi)包層為六角形或八角形，直徑為200μm或400μm，內(nèi)包層數(shù)值孔徑為0.46。

所述的第一光纖光柵是中心波長(zhǎng)λ₁＝1.06μm具有高反射率的雙包層光纖光柵，其光纖光柵僅僅刻寫在圓形纖芯區(qū)域，反射率大于90％；其纖芯和內(nèi)包層的直徑和數(shù)值孔徑與所述的鉺鐿共摻雙包層光纖的相應(yīng)參數(shù)相同。

所述的第二光纖光柵是中心波長(zhǎng)λ₂＝1.56μm具有高反射率的雙包層光纖光柵，其光纖光柵僅僅刻寫在圓形纖芯區(qū)域，反射率大于90％；其纖芯和內(nèi)包層的直徑和數(shù)值孔徑與所述的鉺鐿共摻雙包層光纖的參數(shù)相同。

所述的高功率半導(dǎo)體激光器的中心波長(zhǎng)同鉺鐿共摻雙包層光纖的吸收波長(zhǎng)相匹配，為975nm或915nm，所述的高功率半導(dǎo)體激光器是多個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列的組合或多個(gè)單管半導(dǎo)體激光器的組合。

所述的準(zhǔn)直透鏡是由一球面透鏡組構(gòu)成的對(duì)波長(zhǎng)λ₁和λ₂消色差的準(zhǔn)直透鏡，其各個(gè)面均鍍有該兩個(gè)波長(zhǎng)的增透膜，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長(zhǎng)激光的高效率準(zhǔn)直輸出。