[發明專利]一種基于空芯反諧振光纖的中紅外激光傳輸系統

在審

• 申請號: 202110416010.3
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113777722A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 王璞;朱寬;張鑫
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種基于空芯反諧振光纖的中紅外激光傳輸系統，屬于光纖光學中的中紅外激光柔性傳輸領域。包括依次設置的光路依次連接的中紅外光源(1)、半波片(2)、偏振分光棱鏡(3)、第一透鏡(5)、第二透鏡(6)、第一反射鏡(7)、第二反射鏡(8)、聚焦透鏡(9)、空芯反諧振光纖輸入端(11)、空芯反諧振光纖(12)、空芯反諧振光纖輸出端(13)、準直透鏡(14)；實現了一個應用于中紅外激光傳輸的柔性傳輸系統。

技術領域

本發明涉及光纖光學領域，更具體地，涉及一種基于空芯反諧振光纖的中紅外激光傳輸系統。

背景技術

中紅外2～5μm波段被稱為“分子指紋”區，其內包含了許多分子的吸收峰，在光譜學、生物醫學、紅外對抗等諸多領域都具有極其重要的應用前景。目前中紅外激光的產生方式包括，固體激光器、光參量振蕩器、半導體量子級聯激光器、自由電子激光器、化學激光器和氣體激光器等。這些中紅外激光產生方式中，中紅外激光都是空間輸出，在使用的過程中，通常采用透鏡和反射鏡進行空間傳輸。這將導致系統體積較大，組成復雜和穩定較差等缺點，大大阻礙了中紅外激光的應用。目前常見的中紅外光纖為硫族化合物和氟化物玻璃光纖，雖然其損耗已經達到較低的水平，但其材料具有化學穩定性較差，遇水易潮解，激光損傷閾值低等缺點。

相比而言，石英材料具有化學穩定性好、機械強度高、彎曲性能好等優點。其在近紅外波段的應用已經取得了巨大成功，目前激光在加工、通信、醫療等領域的應用大多都是采用石英光纖進行激光傳輸。但在中紅外波段，尤其是波長大于3μm時，石英材料有很強的材料吸收，這限制了石英光纖在中紅外波段的應用。空芯反諧振光纖可以解決石英材料吸收的問題。空芯反諧振光纖雖然也是石英材料，但其可以將光束縛在空氣纖芯中進行傳輸，其光場與石英重疊面積極低(10^-4)，這就使得石英在中紅外波段的吸收損耗極大的減小。使得在石英材料光纖中實現中紅外激光傳輸成為可能。該傳輸方式將石英材料和空氣傳輸相結合，兼具材料穩定性好和激光損傷閾值高的特點。

通過系統集成的方式可以在中紅外激光光源處將中紅外激光以空間耦合的方式耦合進空芯光纖的纖芯，可以實現中紅外激光靈活傳輸的。由于中紅外空芯光纖的纖芯直徑較大，因此耦合效率可以提升到較高的水平。

發明內容

本發明是為了解決高功率中紅外激光難以實現柔性傳輸的問題。提供了一種基于空芯反諧振光纖的中紅外激光柔性傳輸的方案，解決了現有技術在中紅外激光傳輸時，材料化學穩定性較差，遇水易潮解，激光損傷閾值低等問題。

一種基于空芯反諧振光纖的中紅外激光柔性傳輸系統，包括依次設置的光路依次連接的中紅外光源(1)、半波片(2)、偏振分光棱鏡(3)、第一透鏡(5)、第二透鏡(6)、第一反射鏡(7)、第二反射鏡(8)、聚焦透鏡(9)、空芯反諧振光纖輸入端(10)、空芯反諧振光纖(12)、空芯反諧振光纖輸出端(13)、準直透鏡(14)；

其中中紅外光源的發射口與半波片(2)、偏振分光棱鏡(3)、第一透鏡(5)、第二透鏡(6)、第一反射鏡(7)同軸；所述同軸的含義為各器件中心在同一條直線上，且各器件中心面垂直于軸線或光路線放置。

其中中紅外光源(1)為各種類型空間輸出中紅外激光器；所述半波片(2)可旋轉用于調節光束偏振方向；偏振光分光棱鏡(3)和半波片(2)組成激光功率調節裝置；兩個焦距可選的透鏡即第一透鏡(5)和第二透鏡(6)組成光束變換裝置；兩個反射鏡即第一反射鏡(7)和第二反射鏡(8)組成光束準直裝置；

空芯反諧振光纖輸入端(10)、空芯反諧振光纖(12)、空芯反諧振光纖輸出端(13)是一體的；空芯反諧振光纖輸入端(10)位于三維位移臺(11)上，聚焦透鏡(9)、三維位移臺、空芯反諧振光纖輸入端組成激光耦合裝置；空芯反諧振光纖為激光柔性傳輸裝置。

作為優選的，所述第一透鏡和第二透鏡位于所述偏振分光棱鏡后，所述第一透鏡和第二透鏡位于同一條光路上，所述第一透鏡和第二透鏡構成望遠鏡系統。