[發(fā)明專利]基于受激拉曼散射的2微米波段激光獲取方法及激光器

在審

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• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN114094425A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐劍秋;張帥一
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇星鏈激光科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/108
• 代理公司: 上海市匯業(yè)律師事務(wù)所 31325
• 代理人: 張保穎

本發(fā)明公開了基于受激拉曼散射的2微米波段激光獲取方法及激光器，屬于激光領(lǐng)域，方法包括：將泵浦光源發(fā)出的1550nm波長的泵浦激光導(dǎo)入到摻銩光纖中；摻銩光纖對泵浦激光進(jìn)行吸收后輸出2微米波段激光，將未被吸收的泵浦激光從摻銩光纖中導(dǎo)入到高非線性光纖中；高非線性光纖對未被吸收的泵浦激光進(jìn)行受激拉曼散射頻移后輸出波長為1663nm波長的一階拉曼激光，并將拉曼激光導(dǎo)入到摻銩光纖中；摻銩光纖對一階拉曼激光進(jìn)行吸收后輸出2微米波段激光。本發(fā)明通過受激拉曼散射效應(yīng)提高對泵浦激光的利用效率，從而以更簡單的方式、更低的成本獲得更高效率和功率的2微米波段激光。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，特別涉及一種基于受激拉曼散射的2微米激光輸出方法及激光器。

背景技術(shù)

2微米波段激光在醫(yī)療、光譜探測、非金屬加工等領(lǐng)域有廣泛的用處。近十幾年，摻銩光纖激光器成為獲得2微米波段激光的一種重要手段[J.Xu,High Power Pulsed 2-μmTm3+-doped Fiber laser,in book of Semiconductor Laser Diode Technology andApplication,Intech,2012,ISBN:978-953-51-0594-7]。

目前，摻銩光纖激光器通常采用波長為793nm波長的半導(dǎo)體激光器作為泵浦光源。然而采用793nm波長的泵浦源有兩個(gè)缺陷：一是轉(zhuǎn)換效率低，雖然793nm波長泵浦摻銩光纖激光器存在顯著的2-1轉(zhuǎn)換機(jī)制，實(shí)際上由于上轉(zhuǎn)換、激發(fā)態(tài)吸收等機(jī)制的影響，其光光轉(zhuǎn)換斜效率難以大于40％，而且為了實(shí)現(xiàn)較高的2-1機(jī)制，需要較高濃度的銩離子摻雜濃度，因而帶來嚴(yán)重的熱效應(yīng)問題；二是2-1機(jī)制消耗了激光下能級(jí)的低能態(tài)粒子數(shù)，因此輸出較短波長的激光不太容易，比如在中紅外激光有重要應(yīng)用價(jià)值的1908nm的激光，采用793nm波長泵浦就不太容易獲得。

在實(shí)際使用中，如果考慮到半導(dǎo)體激光器的成本差異，793nm波長的半導(dǎo)體激光泵浦源由于靠近了GaAlAs(砷化鎵鋁)材料的能隙邊緣，需要高摻鋁濃度，不僅制作成本高，且高功率793nm的半導(dǎo)體芯片目前尚無很好技術(shù)[R.Felder,Performance of a GaAlAslaser diode stabilized on a hyperfine component of two-photon transitions inrubidium at 778nm,Proc.of SPIE,Photonics West’95,2378:52-57,1995]。

為此，人們提出了利用1.6微米波長進(jìn)行同帶泵浦的方法[D.Shen,High-powerwidely tunable Tm:fibre lasers pumped by an Er,Yb co-doped fibre laser at 1.6μm,Optics Express,Vol.14,pp6084,2006]，其優(yōu)勢是轉(zhuǎn)換效率高，光光轉(zhuǎn)換的斜效率可達(dá)72％，且短波長調(diào)諧范圍可以到1859nm，對于產(chǎn)生1908nm的短波長2微米波段激光十分有好處。但是，采用此種方案時(shí)，獲得1.6微米的泵浦波長依然是一個(gè)棘手的問題，Er/Yb(鉺/鐿)共摻的光纖本身制備困難，且其自身的效率也不易提高，畢竟Er/Yb的峰值波長在1550nm處。實(shí)際上，所引文獻(xiàn)的泵浦波長是1565nm，距離1650nm的摻銩光纖吸收峰還不是完全吻合。

另外，還有其它波長的泵浦方案在實(shí)驗(yàn)室展示了一定效果，如1550nm[陶蒙蒙，摻銩光纖激光器波長可調(diào)諧輸出特性，紅外與激光工程，2016,002(012):37-41]，1570nm[一種同帶泵浦摻銩石英光纖的2微米單頻光纖激光器制造技術(shù)，史偉，CN 201410103688]，1905nm[Y.Wang,High power tandem-pumped thul ium-doped fiber laser,Opticsexpress,Vol23-3,pp2991-8,2015]等，上述方案使用的泵浦波長并未明顯提高摻銩光纖激光器的轉(zhuǎn)換效率，因而也無法獲得高功率2微米波段的激光輸出。