[發明專利]一種光纖堿金屬蒸汽激光器

無效

• 申請號: 201210534934.4
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103066490A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 徐權正;王新兵;左都羅;陸培祥
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S3/227
• 分類號: H01S3/227;H01S3/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于激光技術領域，更具體地，涉及一種光纖堿金屬蒸汽激光器。

背景技術

光泵堿金屬蒸汽激光是最近幾年引起人們極大興趣和獲得快速發展的新型激光器件，兼有固體激光和氣體激光的優點，有望獲得具有高質量光束的高效高功率近紅外激光輸出，在激光冷卻、定向能量傳輸、材料處理和醫療磁共振成像系統等方面有廣泛的應用前景。與其他高功率激光器相比，光泵堿金屬蒸汽激光還具有量子效率高，增益介質（氣體）光學性能好、線寬窄等優點。

如圖1所示，為二極管光泵浦銣、銫等堿金屬蒸汽激發激光的三能級示意圖。其中，堿金屬原子中電子受激吸收泵浦光時，從基態E0能級躍遷至激發態E2能級，然后處于E2能級的電子由于壽命極短，將迅速的弛豫至E1能級，E1能級的電子受激輻射產生激光，并隨之躍遷至基態E0能級。

在實際激光器設計中，通常加入緩沖氣體氦和乙烷來提高激光器輸出性能。（1）由于泵浦光通常線寬達G赫茲級，遠高于堿金屬原子吸收線寬，因此，在堿金屬蒸汽中加入氦展寬吸收譜，以利于提高泵浦光的利用率；（2）加入緩沖氣體乙烷增加電子從E2能級到E1能級的弛豫速度，利于提高E1能級和E0能級的粒子數之比。

傳統的光泵堿金屬蒸汽激光器的結構設計通常具有如圖2所示的結構，圖2(a)為端面光泵浦結構，泵浦光P經聚焦鏡1聚焦傳輸至光束分離器3向右傳輸，激勵蒸汽盒5（用來產生堿金屬蒸汽）中的工作物質堿金屬蒸汽4至激發態，產生激光，經全反鏡6和透反鏡2組成的諧振腔振蕩放大后從透反鏡2的端面輸出激光。圖2(b)為側面光泵浦結構，工作原理大致與圖2(a)所示結構類似。

但傳統的光泵堿金屬蒸汽激光器諧振腔的復雜性，導致任何一個腔內光學器件位置的微弱變化都可能會導致激光輸出性能的劣化。采用上述設計的光泵堿金屬蒸汽激光器通常具有不利移動，設備維護復雜，體積大等缺點。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種光纖堿金屬蒸汽激光器，旨在解決現有的激光器諧振腔結構復雜導致任何一個腔內光學器件位置的微弱變化都可能會使得激光輸出性能劣化的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種光纖堿金屬蒸汽激光器，包括空芯光子晶體光纖、熔接于所述空芯光子晶體光纖一端的第一單模光纖、熔接于所述空芯光子晶體光纖另一端的第二單模光纖、刻蝕于所述第一單模光纖上的第一布拉格光柵、刻蝕于所述第二單模光纖上的第二布拉格光柵以及與所述第一單模光纖連接的泵浦光源；工作物質均勻填充于所述空芯光子晶體光纖中，泵浦光源出射的泵浦光通過第一單模光纖耦合作用于所述工作物質并產生受激種子激光，所述受激種子激光在第一布拉格光柵和第二布拉格光柵組成的諧振腔內來回振蕩增益，并從所述第二單模光纖輸出連續的激光。

更進一步地，所述光纖堿金屬蒸汽激光器還包括加熱裝置，用于給所述工作物質加熱并使得所述工作物質為氣體狀態。

更進一步地，所述工作物質為堿金屬蒸汽、氦和乙烷的混合氣體。

更進一步地，所述第一布拉格光柵對泵浦光的透射系數大于70%，所述第一布拉格光柵對受激激光的反射率大于95%；所述第二布拉格光柵對泵浦光的反射系數大于70%，所述第二布拉格光柵對受激激光的透射率為30%-70%。

更進一步地，所述空芯光子晶體光纖為螺旋狀放置。

更進一步地，所述泵浦光源為激光二極管。

更進一步地，所述光纖堿金屬蒸汽激光器包括多個泵浦光源，多個泵浦光源分別通過多根單模光纖將泵浦光耦合至諧振腔。

本發明提供的光纖堿金屬蒸汽激光器對光路的準直性要求低；諧振腔與工作物質一體化的設計免調節、免維護、穩定性高；整個設計體積小、重量輕，緊湊性好，利于移動；光纖端面輸出激光利于與外部光路耦合。

附圖說明

圖1為堿金屬蒸汽激發激光三能級圖；

圖2為傳統光泵堿金屬蒸汽激光器結構示意圖；

（a）為端面光泵浦結構；

（b）為側面光泵浦結構；

圖3為本發明實施例提供的光纖堿金屬蒸汽激光器的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的空芯光子晶體光纖的端面的結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的具有多路泵浦光源的光纖堿金屬蒸汽激光器的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明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發明，并不用于限定本發明。