[發明專利]一種雙波長泵浦可調諧中紅外脈沖光纖激光系統

在審

• 申請號: 202110552673.8
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113300202A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 趙婷;李玲;王鵬
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/08;H01S3/0941;H01S3/106;H01S3/136;H01S3/067
• 代理公司: 北京匯智勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11346
• 代理人: 趙立軍;石輝

本發明公開了一種雙波長泵浦可調諧中紅外脈沖光纖激光系統。所述系統包括泵浦源，泵浦耦合透鏡，Er³⁺:ZBLAN光纖，信號光耦合透鏡，分束鏡，聲光開關，利特羅光柵和輸出耦合鏡。本發明主要通過在雙波長泵浦低摻Er³⁺:ZBLAN光纖激光器自由運轉下，插入聲光開關調制器和利特羅光柵波長調諧調制器，輸出穩定波長的可調諧短脈沖中紅外光纖激光，該系統可以高能量運轉。本發明適用于其他中紅外波長的可調諧短脈沖光纖激光輸出，而且可以在高能量運轉。

技術領域

本發明涉及一種雙波長泵浦可調諧中紅外脈沖光纖激光系統，具體地說，涉及一種使摻鉺氟化物光纖激光器實現在雙波長泵浦下的可調諧脈沖激光輸出。

背景技術

近3-μm波段的中紅外激光是良好的大氣吸收窗口，熱輻射能量集中波段以及水吸收較強區域。在環境監測中，尤其是2.8-μm波長附近的中紅外激光與多種重要的氣體分子(如CO、NO₂、H₂S等)的吸收峰頻譜重疊，可以提高測量靈敏度。該波段激光也可用于激光手術，特別是脈沖激光，可作為一種極其精準的切割工具，減小創傷，提高傷口愈合速度。所以，在軍事、遙感、激光醫療等領域都要重要的應用價值。因此越來越受到很多研究者關注。

在2.8-μm波段，主流有兩種方法可以產生中紅外光纖激光，一種是用非摻雜的非線性光纖作為增益介質，根據其拉曼增益特性對泵浦光進行斯托克斯頻移產生長波長激光。另一種是利用摻雜稀土離子的光纖直接作為增益介質，依靠離子能級躍遷來產生激光。相對于第一種方法因需要多個拉曼激光諧振腔而導致效率隨著拉曼階數增多而降低，第二種方法中多種稀土離子的能級輻射與2.8-μm波段激光相對應，簡便易行；2.8-μm波段光纖激光器增益光纖的基質材料典型為多組分氟化物光纖(ZBLAN)，與傳統石英光纖在波長大于2.2-μm相比，ZBLAN材料中的聲子能量小于550-cm^-1，無輻射弛豫率小，在波長低于6.0-μm的范圍內都可以實現低損耗傳輸。稀土離子在ZBLAN中的溶解度很大，且具有較長的熒光壽命，能形成更多的介穩能級，可獲得豐富的激光躍遷波長，所以上轉換量子效率和發光效率都很高。

Er³⁺:ZBLAN光纖激光器以摻Er³⁺離子單能級躍遷的結構，在975-nm商用半導體激光的泵浦作用下，基態⁴I_15/2能級上的Er³⁺離子通過基態吸收(GSA)被激發到較高的能級⁴I_11/2，激發態吸收過程(ESA)將能級⁴I_11/2上的部分Er³⁺激發到較高的能級⁴F_7/2能級。2.8-μm激光產生于⁴I_11/2→⁴I_13/2，由于⁴I_11/2能級壽命(6.9-ms)比⁴I_13/2能級壽命(9.0-ms)短，大部分粒子將會在⁴I_13/2能級聚集，導致⁴I_11/2→⁴I_13/2的粒子數反轉無法形成，將會導致激光振蕩自終止現象。針對這個問題，目前存在三個解決方案：