[發明專利]中遠紅外超連續譜光纖激光器

有效

• 申請號: 201210341921.5
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102856783A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 王智勇;高靜;葛廷武;代京京
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;H01S3/17
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 陳圣清

技術領域

本發明涉及激光光電子技術領域，尤其涉及一種中遠紅外超連續譜光纖激光器。

背景技術

通常把太陽光透過大氣層時透過率較高的光譜段稱為大氣窗口。大氣窗口的光譜段主要有:微波波段（300~1GHz/0.8~2.5cm），中遠紅外波段（8~14μm），中紅外波段（3.5~5.5μm），近紫外、可見光和近紅外波段（0.3~1.3μm,1.5~1.8μm）。

目前利用固體激光器、半導體激光器、氣體激光器等類型可以很容易實現于可見光和近紅外波段（0.3~1.3μm,1.5~1.8μm）的激光輸出，可以應用于國防、工業、醫療等眾多領域。位于大氣窗口波長3-5μm的中紅外波段和8-14μm的遠紅外的大氣窗口波長的激光可用于紅外追蹤、干擾、搜索靶標導航以及光學遙感探測，對國家安全具有至關重要的意義。由于窄帶隙半導體材料的匱乏等原因，目前在中紅外波長高效率發射光源和激光器嚴重短缺。目前利用光學參量振蕩法，差頻振蕩，量子級聯激光器以及氣體激光器能夠實現小功率的3~5μm激光輸出，而目前實現中遠紅外波段（8~14μm）大氣窗口激光的方法鮮有報導，較為成熟且能廣泛應用的只有單一波長（10.6μm）的CO₂氣體激光器。眾所周知，氣體激光器的缺點是電光轉換效率低，體積龐大，使用不方便，且CO₂氣體激光器需要使用高壓電激勵，從而限制了其應用。

因此，當下需要迫切解決的一個問題就是：如何能夠提出一種有效的產生中遠紅外波段（8~14μm）的激光源，避免使用氣體激光器，實現中遠紅外波段（8~14μm）激光輸出。

發明內容

本發明提供一種中遠紅外超連續譜光纖激光器，用以解決目前中遠紅外激光光源短缺的問題，實現中遠紅外超連續譜激光輸出。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種中遠紅外超連續譜光纖激光器，包括脈沖光纖激光器、石英光子晶體光纖、無源中紅外硫系玻璃光纖、無源中遠紅外硫系玻璃光纖、濾波器、激勵源和摻雜稀土離子的硫系玻璃光纖，所述激勵源用于激勵摻雜稀土離子的硫系玻璃光纖，其中，脈沖光纖激光器發出的脈沖激光，通過石英光子晶體光纖產生波長范圍為1000~2300nm的超連續譜激光，所述超連續譜激光激勵無源中紅外硫系玻璃光纖，產生波長為2000~5500nm的中紅外超連續譜激光，經過濾波器將波長小于4500nm的超連續譜激光過濾掉，剩余波長為4500~5500nm的超連續譜激光，所述中紅外超連續譜激光作為種子源激光，經過激勵源激勵摻雜稀土離子的硫系玻璃光纖放大，波長為4500~5500nm內的某一中紅外激光功率得到放大，放大后的中紅外激光激勵一段無源中遠紅外硫系玻璃光纖，產生波長為5~14μm的中遠紅外超連續譜激光。

進一步地，所述的中遠紅外超連續譜光纖激光器，還包括放大級，脈沖光纖激光器發出的脈沖激光進入放大級后再通過石英光子晶體光纖產生波長范圍為1000~2300nm的超連續譜激光。

進一步地，所述脈沖光纖激光器根據輸出的超連續譜的波長和功率的要求，選擇不同腔型結構的脈沖光纖激光器，其腔型結構包括F-P腔、環形腔以及8字鎖模環形腔。

進一步地，所述放大級根據需要輸出的超連續譜的波長和功率，選擇一級或多級放大結構，所采用的增益光纖包括摻鉺的雙包層光纖、鉺鐿共摻雙包層光纖和摻鐿的雙包層光纖。

進一步地，所述放大級根據自身所采用的增益光纖的材料確定自身所采用的半導體激光器激勵源的波長。

進一步地，所述石英光子晶體光纖和無源中紅外硫系玻璃光纖的連接方式為直接機械對接、直接熔接或者透鏡聚焦空間耦合方式。

進一步地，當所述無源中紅外硫系玻璃光纖的材料色散的零色散波長接近2300nm時，考慮節約成本，所述無源中紅外硫系玻璃光纖優選采用普通單包層光纖結構，當所述無源中紅外硫系玻璃光纖的材料色散的零色散波長遠大于或遠小于2300nm時，為獲得平坦度較好的波長為2000~5500nm中紅外超連續譜激光，所述無源中紅外硫系玻璃光纖優選采用設置有錐區長度和錐區芯徑的錐形結構或者為帶有空氣孔的光子晶體光纖結構。

進一步地，所述的中遠紅外超連續譜光纖激光器，還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡將超連續譜激光進行聚焦耦合到硫系玻璃光纖產生波長為2000~5500nm的中紅外超連續譜激光輸出，所述聚焦透鏡鍍對1000~2300nm波長激光的增透膜。