[發明專利]一種增強自激發拉曼激光的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110598181.2
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113437626B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 黃衍堂;林晟;許燦華
• 申請（專利權）人: 福州大學;閩都創新實驗室
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/094;H01S3/108
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學俊

1.一種增強自激發拉曼激光的裝置，其特征在于，包括：

激光器，用于提供激勵光；

第一傳輸光纖，用于傳輸激勵光；

鍍膜微球腔，所述鍍膜微球腔為鍍有稀土離子與重金屬氧化物共摻薄膜的SiO₂微球腔，用于產生基頻激光和自激發拉曼激光；

雙錐光纖，與第一傳輸光纖低損耗連接并用于與鍍膜微球腔相互耦合將泵浦激光耦合入微球，將產生的基頻激光、拉曼激光耦合出微球；以及

第二傳輸光纖，用于傳輸出基頻激光和多級自激發拉曼激光；

所述第一傳輸光纖一端與所述激光器連接，另一端與所述雙錐光纖一端連接，所述雙錐光纖錐腰與所述鍍膜微球腔赤道相切耦合，所述第二傳輸光纖一端與所述雙錐光纖另一端連接，所述第二傳輸光纖另一端為基頻激光、多級自激發拉曼激光輸出口；

所述鍍膜微球腔由溶膠凝膠法對微球腔鍍功能薄膜制成，所述溶膠凝膠法為實現重金屬氧化物、SiO₂、稀土離子共摻雜的方法，所述稀土離子為鐿離子Yb³⁺、鉺離子Er³⁺或銩離子Tm³⁺，所述重金屬氧化物為二氧化鋯ZrO₂、二氧化鈦TiO₂或它們的組合，鐿離子通過硝酸鐿或氯化鐿加入。

2.根據權利要求1所述的一種增強自激發拉曼激光的裝置，其特征在于，所述功能薄膜厚度在0.5μm-2μm之間，所述微球腔由單錐光纖熔融制成，直徑在20μm-5000μm之間。

3.根據權利要求2所述的一種增強自激發拉曼激光的裝置，其特征在于，所述單錐光纖由氫氣火焰加熱一段標準單模光纖并拉伸制成。

4.根據權利要求2所述的一種增強自激發拉曼激光的裝置，其特征在于，所述溶膠凝膠法采用Yb³⁺與Zr⁴⁺或Ti⁴⁺共摻溶膠，其包括以下步驟：

步驟S1：將正硅酸乙酯TEOS、無水乙醇EtOH、去離子水H₂O、鹽酸HCL、二甲基-甲酰胺DMF、所需元素摻雜原料一同放入燒杯中，體積比例為TEOS：EtOH：H₂O：DMF：HCL=5.6：5.6：2.7：0.15：0.3，其中DMF的作用是為了保護凝膠膜層，使最終獲得的功能薄膜致密無開裂；因混合物中Si元素僅由TEOS提供，故參與反應的TEOS體積與最終獲得的溶膠中SiO₂質量的比例為TEOS：SiO₂=5.6mL：1.502g；根據此比例式進一步獲得其他產量溶膠摻雜稀土元素與SiO₂之間的質量比或摩爾比；所用試劑純度為99.9%；以上混合試劑體積共同放置于燒杯中；

步驟S2：在燒杯中加入計算量的稀土硝酸鹽或氯化鹽，以及正丙醇鋯或鈦酸四丁酯，使薄膜的稀土離子為2~10%mol，使薄膜的氧化物的比例為5~20%mol；在容器中放入磁力振子，將燒杯密封并放置到磁力攪拌器上；

步驟S3：開啟磁力攪拌器，在常溫下攪拌3~6小時；

步驟S4：關掉磁力攪拌器，將燒杯靜置5~15小時形成溶膠，放置于20~25℃環境保存備用。

5.根據權利要求2所述的一種增強自激發拉曼激光的裝置，其特征在于，采用所述溶膠凝膠法對微球腔外鍍發光功能薄膜，其包括以下步驟：

步驟P1：電極放電弧光或高溫氫氣火焰燒制微球：將單錐光纖尖端放置在放電電極尖端連線正中，設置特定的放電強度與放電時間，放電熔融單錐光纖尖端位置后，自然冷卻液體表面張力作用形成微球腔，將微球腔放置在顯微鏡下觀察并測量記錄直徑；

步驟P2：重復步驟P1，直到微球腔直徑在20μm-5000μm之間；

步驟P3：將所述微球腔浸入凝膠3~10min，取出晾干3~10min，將附著晾干凝膠的微球腔放置在放電電極尖端連線處，設置特定的放電強度與放電時間，將凝膠加熱熔融后，自然冷卻為致密的發光功能薄膜，將鍍膜微球腔顯微鏡下觀察并測量記錄直徑；

步驟P4： 重復步驟P3，直到發光功能薄膜厚度在0.5μm-2μm之間。