[發明專利]一種基于微腔的中紅外拉曼超快光纖激光振蕩器

有效

• 申請號: 201910174040.0
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109755850B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 周偉;王敬如;王昊天;沈德元;陳祥;柳陽雨;吳倩倩;葛志祥;朱強;鄧磊
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/16;H01S3/30;H01S3/098
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種基于微腔的中紅外拉曼超快光纖激光振蕩器，屬于激光技術和非線性光學領域。本激光振蕩器采用線形腔結構，主要包括鎖模元件可飽和吸收體、泵浦源、光纖合束器、用于產生2～5微米激光的增益光纖、色散補償元件、偏振控制器、高Q值的微腔，所述高Q值的微腔為回音壁模式光學微腔，其品質因數Q值不低于10⁶。本發明利用可飽和吸收晶體的可飽和吸收效應和高Q值微腔的拉曼散射效應，取代了傳統千米量級長度的光纖來增加腔內非線性的方法，可以產生相干的鎖模脈沖激光，并通過腔內振蕩直接實現長波拉曼頻移，獲得高重復速率，高功率的2～5微米超快拉曼激光；本發明可應用于基礎研究，國防，通信傳感，生物醫療和材料加工等領域。

技術領域

本發明屬于激光技術及非線性光學領域，具體涉及一種基于微腔的中紅外拉曼超快光纖激光振蕩器。

背景技術

由于波長靈活的特性，拉曼光纖激光器一直受到研究者們的關注。目前，拉曼激光器波長范圍已經覆蓋了可見光至中紅外波段，并在近紅外波段最大輸出功率可超過千瓦。高功率拉曼光纖激光器技術的現有發展有以下特點：1通過多個超快種子源對功率進行放大來實現高功率拉曼光纖激光器，這種方法需要多個泵浦源和隔離器，因此腔形結構復雜，成本高且可靠性低；2雖然在近紅外波段，Yb³⁺離子摻雜光纖激光器和Er³⁺離子摻雜光纖激光器，可通過千米量級的長光纖構成振蕩器，從而在腔內直接實現拉曼超快激光輸出；但是千米量級的長光纖導致拉曼激光的閾值非常高、獲得的脈沖重復頻率在幾十開赫茲量級，低于通常鎖模光纖激光器兩個量級。這正是中紅外波段拉曼超快光纖激光振蕩器缺乏的原因。

目前尚沒有實現2～5微米波段拉曼光纖激光振蕩器的報道，主要有兩個原因:一是由于光與物質相互作用的非線性強度與光的波長成反比(光子能量成正比)，因此拉曼閾值隨著光的波長增加而升高；二是因為隨著波長靠近2微米，此波段下石英光纖對激光的本征損耗增加，拉曼閾值更難達到，因此基于長光纖實現2微米波段拉曼超快激光閾值高，結構復雜。因為脈沖的重復頻率可由計算得出。其中f為脈沖重復頻率，L表示光在諧振腔內往還一次的光程，c表示光速。由上述公式可知脈沖重復頻率與腔長成反比，因此要想獲得高重復頻率，應盡量減短腔長。

發明內容

為了解決通過長腔實現中紅外拉曼超快激光輸出導致高閾值低重復頻率的問題，本發明提供一種基于微腔的中紅外拉曼超快光纖激光振蕩器。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種基于微腔的中紅外拉曼超快光纖激光振蕩器，采用線形腔結構，主要包括鎖模元件可飽和吸收體、透鏡Ⅰ、透鏡Ⅱ、泵浦源、光纖合束器、增益光纖、色散補償元件、偏振控制器、高Q值的微腔，所述高Q值的微腔為回音壁模式光學微腔，其品質因數Q值不低于10⁶；

在光纖合束器的信號輸入端一側切割一個角度α為8°～20°的斜角，斜角的出射光垂直射向透鏡中心，即斜角有角度一端通過合適焦距的透鏡聚焦到鎖模元件可飽和吸收體上，斜角的平角端與光纖合束器的信號輸入端連接形成諧振，泵浦源連接光纖合束器的泵浦端，增益光纖一端連接光纖合束器的信號輸出端，增益光纖另一端連接色散補償元件一端，色散補償元件另一端連接偏振控制器一端，高Q值的微腔連接在偏振控制器后面，或者高Q值的微腔連接在光纖合束器和增益光纖之間，或者高Q值的微腔連接在增益光纖和色散補償元件之間。

優選的，所述的高Q值的微腔為微球型、微柱型、微盤型、微泡型、微管型或微環型中的一種。

優選的，所述的高Q值的微腔的材料為2微米波段低損耗的石英或3微米波段低損耗的硅、鍺、氟化鈣、硒化鋅中紅外低損耗材料中的一種。

優選的，所述的高Q值的微腔的耦合方式采用拉錐光纖耦合或者棱鏡對自由空間耦合中的一種。