[發明專利]2.33μm激光光源以及級聯結構的4.66μm光纖氣體激光器

在審

• 申請號: 202010468972.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111864515A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 王澤鋒;崔宇龍;周智越;黃威;李昊;李智賢;王蒙;陳子倫;李霄;陳金寶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S3/03
• 分類號: H01S3/03;H01S3/08;H01S3/094;H01S3/22
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

本發明提供2.33μm激光光源以及級聯結構的4.66μm光纖氣體激光器，包括泵浦源、泵浦耦合光學組件、第一級反共振空芯光纖、級間耦合光學組件、第二級反共振空芯光纖和準直輸出光學組件，所述泵浦源輸出的泵浦激光經泵浦耦合光學組件耦合進第一級反共振空芯光纖的纖芯中，1.5μm波段泵浦激光在第一級反共振空芯光纖的纖芯中與纖芯中充入的一氧化碳氣體相互作用，受激輻射躍遷生成的2.33μm激光經級間耦合光學組件耦合進第二級反共振空芯光纖的纖芯中，2.33μm激光在第二級反共振空芯光纖的纖芯中與纖芯中充入的一氧化碳氣體相互作用，受激輻射躍遷生成的4.66μm激光后經準直輸出光學組件準直輸出。本發明利用CO氣體的吸收輻射躍遷的特點，實現4.66μm激光輸出。

技術領域

本發明屬于光纖激光技術領域，具體地涉及一種中紅外窄線寬的光纖氣體激光光源。

背景技術

中紅外波段激光，尤其是3-5μm波段位于大氣的傳輸窗口，在遙感、激光通訊、生物醫療、污染物監測及軍事方面具有重要的應用，因而受到了廣泛的關注。

目前產生中紅外激光的方法主要有量子級聯激光器、固體激光器、光參量振蕩器、氣體激光器、光纖激光器等。其中光纖結構的激光光源以其良好的光束質量和便攜穩定的結構受到青睞。但是由于光纖激光器目前可選擇的增益摻雜離子有限，且中紅外軟玻璃光纖制作工藝尚不成熟，損傷閾值相對較低，損耗相對較高，基于稀土摻雜軟玻璃光纖的中紅外激光器的輸出波長難以超過4μm，且輸出功率隨著波長的增加急劇下降。

氣體激光器是產生中紅外激光輸出的一種重要方式，由于可選擇的增益氣體種類眾多，輸出波長涵蓋了從紫外到毫米波范圍的光譜。但是，傳統氣體激光器的系統結構通常較為復雜，體積龐大，在實際應用中受到了限制。

目前產生4.66μm激光主要是光抽運氣體激光器，傳統的光抽運一氧化碳激光器產生4.66μm激光的泵浦源在2.33μm波段，但由于常用的增益摻雜離子Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等的增益帶均不包含2.33μm波段，光纖結構的2.33μm激光光源較為缺乏，只能通過非線性的方法，即利用OPO來產生2.33μm激光光源。但是本身氣體激光器體積就很龐大，外加OPO泵浦源結構復雜，使得整個系統結構更為復雜，無法用于實際應用。目前新墨西哥大學報道了利用N₂O作為增益氣體的光纖氣體激光器，其泵浦波長為1.517μm，輸出波長為4.6μm，該系統采用OPO泵浦，激光效率僅為3％。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明提出了2.33μm激光光源以及級聯結構的4.66μm光纖氣體激光器。本發明結合光纖氣體激光器損傷閾值高、結構簡單緊湊、作用距離長和一氧化碳氣體分子的吸收輻射躍遷的特點，同時克服了產生4.66μm激光的2.33μm光纖結構激光光源缺乏的問題。

為實現上述技術目的，本發明采用的具體技術方案如下：

級聯結構的4.66μm光纖氣體激光器，包括泵浦源、泵浦耦合光學組件、第一級反共振空芯光纖、級間耦合光學組件、第二級反共振空芯光纖和準直輸出光學組件。