[發明專利]540nm全光纖結構大功率綠光光纖激光器

無效

• 申請號: 201210222630.4
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102738690A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 馮選旗;馮曉強;白晉濤
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/109;H01S3/042
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 林兵

技術領域

本發明屬于激光技術領域，具體涉及一種光纖激光器，特別是一種全光纖結構大功率綠光光纖激光器。

背景技術

光纖激光器以其體積小、效率高、穩定性好、光束質量好等優點，發展十分迅速。540nm附近的綠光光纖激光器，可作為激光投影、激光電視、激光水下成像等得理想的綠色激光光源。目前獲得540nm附近紅色激光的方法最常用的方法，是Yb³⁺：YAG產生1064nm激光經過倍頻后獲得532nm綠激光。

在全固態激光器中利用非線性頻率變換技術在獲得可見光波段激光技術方面已取得很好成效，特別是全固態激光器內腔倍頻技術，幾乎成為了可見波段固體激光器的主力軍，但將內腔倍頻技術應用于光纖激光器時遇到一個矛盾：光纖激光器的優勢在于它的全光纖化熔接，無分立元件，故而其穩定性好、免維護和易于使用，但如果插入倍頻晶體這樣的分立元件，必然破壞了光纖激光器穩定性好，免維護且易于使用的優勢，失去市場競爭力。要實現光纖激光器腔內倍頻必須采用光纖結構的腔內倍頻器件，將其熔接在光纖激光器中，實現全光纖結構的倍頻光纖激光器。現有的光纖激光器倍頻技術多采用腔外倍頻或內腔分立元件倍頻，如雙面泵浦腔內倍頻雙包層綠光光纖激光器（申請號：200620079299），雙包層光纖腔內倍頻激光器（專利號：03116633.4），內腔倍頻藍光光纖激光器（申請號：200820155748），高功率藍光光纖激光器（申請號：200620079296），這些激光器均是分立元件構成的，從本質上講，這些技術都是全固態腔內倍頻技術的翻版，雖將其搬入光纖激光器，但光纖激光器自身所具有的高穩定性卻被破壞了，顯示不出光纖激光器的優勢。

本發明的發明人于2011年6月14日提出的專利申請（申請號：201110158949.0，名稱：全光纖結構腔內倍頻綠光激光器），是一種采用三光柵結構的光纖激光器，其采用自聚焦透鏡長度為0.23P（P為自聚焦透鏡節距）的全光纖腔內倍頻光纖激光器，主要用于大功率光纖激光器，因其腔內光纖倍頻器所采用的自聚焦透鏡長度采用0.23P，基頻光被自聚焦透鏡轉換為平行光，在倍頻晶體中產生二次諧波（倍頻）效應。發明人在對腔內倍頻器的后續研究中發現，自聚焦透鏡的長度和倍頻晶體的長度、折射率均會影響腔內倍頻器內部的激光分布，從而影響出射激光的強度，由于該激光器中的自聚焦透鏡長度固定為0.23P，基頻光在經自聚焦透鏡擴束轉換為平行光，并在倍頻晶體中以平行光的方式行進，故而其在大功率或當倍頻晶體非線性系數較高時倍頻效率比較高，但其在中小功率或倍頻晶體非線性系數不是很高時，倍頻效率相對比較低。經進一步研究發現，當改變自聚焦透鏡長度，使得基頻光能夠在倍頻晶體中匯聚時，便可以獲得很高的倍頻效率，尤其是在中小功率或倍頻晶體非線性系數不是很高時，效果更為明顯。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于，提供一種全光纖結構大功率綠光光纖激光器，該激光器采用全光纖結構、匯聚型的腔內倍頻器以及三光纖光柵組成的倍頻腔體結構，實現了高穩定、大功率綠光激光輸出。可廣泛應用于激光投影、激光電視、激光醫學和激光雷達等領域。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術解決方案：

一種540nm全光纖結構大功率綠光光纖激光器，包括半導體激光器泵浦源、第一全反射光纖光柵、第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵，所述第一全反射光纖光柵和第二全反射光纖光柵之間連接有雙包層摻鐿光纖，第二全反射光纖光柵和第三全反射光纖光柵之間連接有腔內倍頻器，第三全反射光纖光柵的輸出端連接輸出尾纖，上述各元件通過熔接的方式連接；

所述腔內倍頻器包括全自動溫控爐、第一尾纖、套管、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡、導熱銅塊和第二尾纖，其中，第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡分別粘結在倍頻晶體左、右兩端；第一自聚焦透鏡的左端與第一尾纖帶有尾纖插針的一端粘結，第二自聚焦透鏡的右端與第二尾纖帶有尾纖插針的一端粘結；第一尾纖、套管、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡和第二尾纖中心共線，共同構成以倍頻晶體為中心的對稱性結構；第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡三者的整體的外部依次包裹有銦箔和導熱銅塊，所述導熱銅塊的底面與全自動溫控爐相接觸，導熱銅塊的其余表面封裝在套管內部，第一尾纖從套管的左端穿出并與第二全反射光纖光柵熔接，第二尾纖從套管的右兩端穿出并第三全反射光纖光柵熔接，各元件熔接時采用纖芯對準；

所述倍頻晶體、第一自聚焦透鏡和第二自聚焦透鏡滿足式1：