[發明專利]一種1.6μm高光束質量大功率的單頻激光器

在審

• 申請號: 201910100640.2
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109861066A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 楊昌盛;李景明;徐善輝;彭明營;馮洲明;楊中民
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;G02B6/255
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種1.6μm高光束質量大功率的單頻激光器，該激光器系統包括：1.6μm單頻激光種子源、泵浦源、光纖合束器、高摻雜全玻璃雙包層磷酸鹽光纖以及光隔離器。所述種子源和泵浦源分別與光纖合束器的信號輸入端口、泵浦端口連接，高摻雜全玻璃雙包層磷酸鹽光纖作為激光增益介質，一端與光纖合束器的信號輸出端口連接，高摻雜全玻璃雙包層磷酸鹽光纖的另一端與光隔離器的輸入端連接，光隔離器的輸出端作為激光輸出端口。本發明提供的1.6μm高光束質量大功率單頻激光器具有光束質量好、輸出功率大、信噪比高等優點。

技術領域

本發明涉及光纖激光器技術領域，具體涉及一種工作波段1.6μm、高光束質量、大功率、單頻輸出的全玻璃磷酸鹽光纖激光器。

背景技術

1.6μm激光因其獨特的性能，如在石英光纖中傳輸損耗低、對人眼安全、對大氣穿透性能強等，使得此波段的激光在分子光譜學、非線性頻率轉換、以及中紅外激光器的同帶泵浦源等領域有著重要的應用。而目前實現1.6μm激光的增益介質主要有兩類：晶體和光纖。相對于基于晶體材料的固體激光器而言，光纖激光器具有全光纖化、體積小、結構緊湊、光束質量好等優點。2018年，英國南安普頓大學的Huaiqin Lin等人基于多模大芯徑（146μm）摻鉺增益光纖，實現了波長1610nm、功率656W、M²≈10.5的連續光纖激光輸出（Opt.Lett., 2018, 43: 3080），但是其較差的光束質量制約了激光的應用。此外，一些特殊應用場合，例如：激光雷達、引力波探測等強烈要求輸出激光單一縱模（單頻）運轉，且具有高輸出功率、窄線寬、低噪聲等性能。然而光纖中存在著明顯的非線性效應，如受激布里淵散射效應（SBS）等，想要進一步提高單頻光纖的輸出功率極為困難，目前采用摻鉺石英光纖，單頻光纖激光的最高輸出功率為207W（Proc. of SPIE, 2016, 9728: 97282L-1）。

石英光纖具有較低的稀土離子溶解度。然而，光纖芯徑的增大會支持高階模式，劣化輸出激光的光束質量。因此，需要采用一些技術措施對光纖進行模式控制，以抑制高階模的激勵與傳輸，實現高光束質量的單頻激光輸出。再者，一般摻鉺石英光纖的發射截面較小，其工作波長常集中在C波段（1535-1565nm）。

此外，雙包層光纖激光工作在高功率狀態時，增益光纖一般會遭受較大的熱負荷。然而，雙包層增益光纖常使用熔點低、熱傳導性能更差的聚合物作為外包層和涂覆層，因而對雙包層增益光纖的散熱提出了嚴峻挑戰。

相關專利有：（1）2012年，中國科學院福建物質結構研究所申請了一種1.5-1.6μm波段激光器[申請號：CN 201110270044.2]，通過采用摻鉺硼酸鐿鍶晶體作為增益介質，優化晶體中鉺離子的摻雜濃度，實現了1.5-1.6μm波段固體激光輸出。（2）2014年，中國科學院福建物質結構研究所又申請了一種1.5至1.6μm波段薄盤片激光器[申請號：CN201410139343.6]，通過利用鉺鐿共摻的RAl₃(BO₃)₄或鉺單摻的YbAl₃(BO₃)₄激光晶體作為增益介質，基于薄盤片激光設計方案，實現了1.5-1.6μm波段固體激光輸出。雖然上述專利中的激光器具有高功率、工作波長1.6μm等性能，但是其激光不具備單頻、高光束質量等輸出特性。

發明內容