[發(fā)明專利]一種上轉(zhuǎn)換單頻藍(lán)綠光光纖激光器

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• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109038192A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊昌盛;徐善輝;馮洲明;甘久林;黃振鵬;楊中民
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種上轉(zhuǎn)換單頻藍(lán)綠光光纖激光器，其包括：寬帶光纖布拉格光柵、高摻雜氟化物光纖、窄帶光纖布拉格光柵、諧振腔溫度控制模塊、波分復(fù)用器、泵浦源和光隔離器。高摻雜氟化物光纖作為激光增益介質(zhì)，分別與寬帶光纖布拉格光柵、窄帶光纖布拉格光柵相連接構(gòu)成單頻激光短腔，結(jié)合高摻雜氟化物光纖的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程，從諧振腔中實(shí)現(xiàn)的單頻藍(lán)綠光光纖激光輸出。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體藍(lán)綠光激光器和經(jīng)過非線性頻率轉(zhuǎn)換方式獲得的藍(lán)綠光激光器相比，本發(fā)明具有全光纖化連接、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、成本低、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，可用于激光顯示、水下通信、光數(shù)據(jù)存儲，在原子探測、激光光譜學(xué)及生物醫(yī)療等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種短線形腔結(jié)構(gòu)的單頻藍(lán)綠光光纖激光器。

背景技術(shù)

可見光激光器，尤其是單頻藍(lán)綠光激光器在相干光探測、光數(shù)據(jù)存儲、激光顯示、生物及醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。目前有三種較為常用的方式用于獲得藍(lán)綠光激光：（1）將紅外波段激光作為基頻光源，通過非線性頻率轉(zhuǎn)換過程獲得藍(lán)綠光激光；（2）采用氮化鎵和硒化鋅等藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光器經(jīng)過光束整形后，輸出藍(lán)綠光激光；（3）使用氟化物光纖或晶體作為激光上轉(zhuǎn)換增益介質(zhì)，在泵浦源的抽運(yùn)下直接輸出藍(lán)綠光激光。

然而對于非線性頻率轉(zhuǎn)換過程，其要求各個參與相互作用的光波滿足相位匹配條件，這不僅對非線性光學(xué)晶體有一定的要求，而且對基頻光源的性能（光束質(zhì)量、線寬、功率等）也有極為嚴(yán)苛的要求。此外，由于非線性晶體的引入，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)較為復(fù)雜、轉(zhuǎn)換效率低、不利于系統(tǒng)的小型化與集成化。對于能夠直接發(fā)射藍(lán)綠光激光的半導(dǎo)體激光器來說，雖然近幾年有了顯著的進(jìn)展，然而其本身仍存在較多缺陷，如：光束質(zhì)量較差、壽命較短、量子效率較低和價格較高等，這些因素限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。而通過上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程，如摻雜稀土離子的氟化物光纖或晶體材料可以將長波輻射直接轉(zhuǎn)換成短波輻射；將其作為激光增益介質(zhì)，同時結(jié)合短線形腔結(jié)構(gòu)和光纖布拉格光柵的選模機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)異的單頻藍(lán)綠光激光輸出。并且整個裝置結(jié)構(gòu)更緊湊、全光纖化、穩(wěn)定性高，成本低，能夠便于廣泛應(yīng)用。

相關(guān)的專利有：（1）2014年，合肥恒銳光電科技有限公司申請了倍頻綠光光纖激光器的專利[公開號：CN 104242039A]，利用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡SESAM、摻鐿雙包層光纖、鈮酸鋰晶體和寬帶光纖光柵一起構(gòu)成激光諧振腔，實(shí)現(xiàn)了倍頻綠光激光輸出。（2）2015年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所申請了可調(diào)諧藍(lán)光激光裝置的專利[公開號：CN 105428986A]，利用808nm半導(dǎo)體激光器倍頻扇形極化周期晶體，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧的倍頻藍(lán)光激光輸出。但是上述專利所要求的藍(lán)綠光激光并未具有單縱模（單頻）運(yùn)轉(zhuǎn)和全光纖化等典型特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種上轉(zhuǎn)換單頻藍(lán)綠光光纖激光器。本發(fā)明采用分布式布拉格（DBR）短腔結(jié)構(gòu)，由厘米量級高摻雜氟化物光纖作為激光增益介質(zhì)，并結(jié)合一對光纖布拉格光柵一起構(gòu)建DBR短線形腔。利用光纖光柵的選頻作用，合理控制整個諧振腔腔長以增加腔內(nèi)相鄰縱模間隔，并通過溫度控制模塊對諧振腔進(jìn)行精確溫度控制。在外界泵浦源的泵浦作用下，高摻雜氟化物光纖實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程，進(jìn)而激光在諧振腔內(nèi)形成振蕩，可以直接從諧振腔中輸出高性能的單頻藍(lán)綠光光纖激光。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種上轉(zhuǎn)換單頻藍(lán)綠光光纖激光器，其包括寬帶光纖布拉格光柵、高摻雜氟化物光纖、窄帶光纖布拉格光柵、諧振腔溫度控制模塊、波分復(fù)用器、泵浦源和光隔離器。各部件之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系是：高摻雜氟化物光纖的一端與寬帶光纖布拉格光柵的一端連接，高摻雜氟化物光纖的另一端與窄帶光纖布拉格光柵的一端連接，三者一起構(gòu)成DBR單頻激光短腔，并將諧振腔置于溫度控制模塊中進(jìn)行精確溫度控制。波分復(fù)用器的泵浦端與泵浦源的尾纖連接，波分復(fù)用器的公共端與窄帶光纖布拉格光柵的另一端連接，波分復(fù)用器的信號端與光隔離器的輸入端連接。最終諧振腔所產(chǎn)生的單頻藍(lán)綠光光纖激光經(jīng)由光隔離器的輸出端口輸出。