[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110598181.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113437626B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃衍堂;林晟;許燦華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué);閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/094;H01S3/108
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 張燈燦;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光的裝置及方法，該裝置包括：激光器，用于提供激勵(lì)光；第一傳輸光纖，用于傳輸激勵(lì)光；鍍發(fā)光膜微球腔，發(fā)光膜為稀土離子與重金屬氧化物共摻的SiO₂薄膜，用于產(chǎn)生基頻激光和自激發(fā)拉曼激光；雙錐光纖，用于與鍍膜微球腔相互耦合將泵浦激光耦合入微球，將產(chǎn)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(jí)自激發(fā)拉曼激光；第一傳輸光纖一端與激光器連接，另一端與雙錐光纖一端連接，雙錐光纖錐腰與鍍膜微球腔赤道相切耦合，第二傳輸光纖一端與雙錐光纖另一端連接，另一端為基頻激光、多級(jí)自激發(fā)拉曼激光輸出口。該裝置及方法有利于獲得增強(qiáng)的自激發(fā)拉曼激光。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光波長(zhǎng)擴(kuò)展領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光的裝置及方法。

背景技術(shù)

由于物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等激光應(yīng)用領(lǐng)域中，考慮到原子、分子的能級(jí)差，當(dāng)且僅當(dāng)激發(fā)光具有特定的頻率時(shí)，光波攜帶的能量才能被高效利用，這就要求激發(fā)光源具有高能量和高功率密度的單色激光輸出。但有限的激光增益介質(zhì)與其各自獨(dú)立的激發(fā)方式?jīng)Q定了每一種激光器都需要一套與之相匹配的激勵(lì)-振蕩-輻射裝置，并且通常情況下只能輸出一種波長(zhǎng)的激光，從效率和成本上對(duì)科研、生產(chǎn)等方面造成不利。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，激光器朝著集成化、小型化的方向演化，微型激光器正逐漸引起研究人員的關(guān)注。自激發(fā)拉曼激光是一種泵浦光激勵(lì)增益介質(zhì)，受激輻射產(chǎn)生基頻激光，進(jìn)而基頻激光在介質(zhì)傳輸因受激散射而產(chǎn)生頻移的拉曼激光的現(xiàn)象。自激發(fā)拉曼激光器使用同一增益介質(zhì)、同一諧振腔同時(shí)產(chǎn)生基于兩種機(jī)理的激光。自激發(fā)拉曼激光產(chǎn)生方式減少了光學(xué)器件，縮減了激光器體積，使激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為緊湊。這種激光器的優(yōu)勢(shì)在于：一方面，激光器內(nèi)光學(xué)元件的減少意味著產(chǎn)生熱量等無(wú)用損耗更少，對(duì)于泵浦光的轉(zhuǎn)換效率更高；另一方面，激光器內(nèi)光學(xué)元件減少，避免了激光系統(tǒng)中激光介質(zhì)與拉曼頻移介質(zhì)之間相對(duì)振動(dòng)導(dǎo)致的異常，從而穩(wěn)定性提高。

為了增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光，根據(jù)拉曼增益因子取決于基質(zhì)玻璃材料的三階非線性系數(shù)，而玻璃的三階非線性系數(shù)在很大程度上取決于在玻璃中摻雜形成網(wǎng)格的陰陽(yáng)離子鍵的極化率。限制離子極化的因素主要有代表原子核對(duì)電子束縛能力的電負(fù)性和代表已被極化電子對(duì)未被極化的電子具有屏蔽極化作用的排斥勢(shì)，這兩者都隨半徑增加而降低，因此重金屬離子電子層數(shù)更多、半徑更大、極化率更高、非線性系數(shù)更大，所以可以通過(guò)摻雜含有重金屬離子并且在激勵(lì)光與拉曼光波段損耗低的氧化物以增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光的裝置及方法，該裝置及方法有利于獲得增強(qiáng)的自激發(fā)拉曼激光。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種增強(qiáng)自激發(fā)拉曼激光的裝置及方法，包括：

激光器，用于提供激勵(lì)光；

第一傳輸光纖，用于傳輸激勵(lì)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(chǎn)生基頻激光和自激發(fā)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(chǎn)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(jí)自激發(fā)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(jí)自激發(fā)拉曼激光輸出口。

進(jìn)一步地，所述鍍膜微球腔由溶膠凝膠法對(duì)微球腔鍍功能薄膜制成，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。

進(jìn)一步地，所述單錐光纖由氫氣火焰加熱一段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖并拉伸制成。