[發(fā)明專利]基于類噪聲脈沖泵浦的高效率拉曼脈沖激光器

在審

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• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108808434A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 李劍峰;劉菲;羅鴻禹;高穎;李昆;莫坤東;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/067;H01S3/11
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 吳靜宜

本發(fā)明公開了基于類噪聲脈沖泵浦的高效率拉曼脈沖激光器，涉及激光器技術領域，包括用于產生類噪聲脈沖的摻銩激光器，與摻銩激光器連接用于提高類噪聲脈沖峰值功率的摻銩放大器，與摻銩放大器連接用于將類噪聲脈沖能量向低頻分量轉移并實現(xiàn)拉曼脈沖輸出的拉曼增益光纖，本發(fā)明解決了現(xiàn)有基于受激拉曼散射效應的拉曼激光器中泵浦功率高而轉換效率低的問題或者基于高摻鍺石英光纖的拉曼激光器采用調Q脈沖泵浦產生拉曼脈沖穩(wěn)定性差的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及激光器技術領域，尤其涉及基于類噪聲脈沖泵浦的高效率拉曼脈沖激光器。

背景技術

近年來，利用三價稀土離子(如Tm³⁺、Ho³等)在中紅外波段的增益激射波段內完成激光輸出是獲取高效率、高質量2μm波段激光光源的最長用手段，但是受其增益激射波段帶寬的限制，稀土離子摻雜激光器只能在1.8μm～2.1μm波長范圍內實現(xiàn)高效運轉。然而許多分子的振動以及轉動能級對應的本征吸收譜線都是在超過2.1μm的中紅外光譜范圍內，其具有重要的醫(yī)療以及生物研究意義與價值。

目前，拉曼光纖激光器可以不受泵浦源波長限制實現(xiàn)任意波長的激光輸出，解決了三價稀土離子摻雜光纖激光器的波長受限問題，其中，拉曼光纖激光器有效實現(xiàn)方法大致分為兩種：

第一種是基于受激拉曼散射效應的拉曼激光器，其是利用光纖中的拉曼散射效應使泵浦脈沖能量向長波長方向移動，從而獲得更長波長的脈沖輸出，如圖1所示，包括一個波長為2147nm的連續(xù)光拉曼種子激光器、一個二級的1963nm連續(xù)光拉曼泵浦放大器和一段50m長的高非線性拉曼增益光纖。其中，連續(xù)光拉曼種子激光器包括一組中心波長為2147nm的光柵對(FBG)、兩個高功率的793nm激光二極管(LD)、(2+1)x1泵浦合束器、13m長的雙包層摻銩單模光纖和7:3耦合器，高功率的793nm激光二極管的泵浦光通過(2+1)x1泵浦合束器注入到環(huán)形腔內的13m長的雙包層摻銩單模光纖中，利用窄帶光纖布拉格光柵的波長選擇功能在腔內產生2147nm的連續(xù)光信號，該連續(xù)光信號與1963nm的拉曼泵浦種子激光經(jīng)過一個二級摻銩光纖放大器后入射到拉曼增益光纖中，由于2147nm和1963nm的連續(xù)轉換之間的頻率差位于高非線性光纖的拉曼增益帶寬內，因此2147nm的拉曼激光在拉曼增益的作用下被放大，本方法通過增加泵浦光功率，實現(xiàn)了1963nm至2147nm的高功率一階拉曼斯托克斯頻移，其最高轉換率為38.5％。

第二種是基于高摻鍺石英光纖的拉曼激光器，其是利用2μm主動調Q摻銩石英光纖激光器作為泵浦源，通過高摻鍺石英光纖中的自發(fā)級聯(lián)拉曼放大過程，從而獲得更長波長的脈沖輸出，如圖2所示，包括一個基于主動調Q技術的2μm摻銩石英激光器、一個摻銩光纖放大器和一段高非線性拉曼增益光纖,其中，2μm摻銩石英光纖激光器包括一組中心波長為2008nm的光柵對(FBG)、聲光控制器件(ANO)、最高輸出功率為15W的793nm激光二極管(LD)、一個(2+1)x1泵浦合束器、3m長的雙包層單模摻銩光纖，793nm激光二極管的泵浦光通過(2+1)x1泵浦合束器注入到光柵對(FBG)構成的諧振腔內泵浦摻銩光釬，產生了2008nm的調Q脈沖，將調Q脈沖作為拉曼激光器的種子光源，為了確保種子光源不受摻銩光纖放大器后向光的影響，種子光源輸出端接入一個損耗約為2dB的高功率偏振無關隔離器，種子光源的峰值功率經(jīng)高功率偏振無關隔離器后進入到摻銩光纖放大器中被摻銩單模光纖放大，達到拉曼激光的閥值條件，整個裝置通過在位于摻銩單模光纖和聲光調制器(AOM)之間插入一個自制的包層泵浦剝離器(CPS)以及在摻銩單模光纖和拉曼增益光纖之間接入約0.5m長的SMF-28光纖分別去除了腔內和摻銩單模光纖中殘余泵浦光，當放大的調Q脈沖去泵浦最優(yōu)長度為4.4m的高非線性拉曼增益光纖時，通過放大的自發(fā)拉曼散射過程，實現(xiàn)的從2μm至2.2μm的級聯(lián)拉曼激光輸出，拉曼激光的最高轉換效率約為35.9％。