級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器,包括順次連接的第一半導(dǎo)體光泵浦源、第一二色鏡、第一耦合鏡、摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖、第二二色鏡、第二耦合鏡及第二半導(dǎo)體光泵浦源，所述第一耦合鏡和摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖之間還依次刻寫有第一光纖光柵和第二光纖光柵；所述第二二色鏡、第一光纖光柵及第二光纖光柵構(gòu)成諧振腔，第二二色鏡垂直對接于所述摻有Er3+或Ho3+氟化物光纖末端，作為諧振腔反饋；第一光纖光柵和第二光纖光柵作為諧振腔反饋并輸出耦合。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可移植性強，諧振腔內(nèi)無需采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主動調(diào)制器件，對輸出參數(shù)要求較低，使用方便。
【專利說明】
級聯(lián)増益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種中紅外脈沖光纖激光器，屬于光纖激光器領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]2?5μπι中紅外高能脈沖激光源在生物醫(yī)療(激光碎石、軟組織切割)、材料加工(有機聚合物、陶瓷、塑料)、國防(激光對抗)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，因而受到人們的廣泛關(guān)注。光纖激光器作為一種新型的激光器，具有轉(zhuǎn)化效率高、光束質(zhì)量好、散熱量好、易于集成等一系列顯著的優(yōu)勢，因此發(fā)展高能中紅外光纖激光器具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。目前實現(xiàn)高能中紅外脈沖光纖激光輸出的方法主要有兩類:1.增益調(diào)制，2.調(diào)Q(包括主動調(diào)Q和被動調(diào)Q)，增益調(diào)制方式是通過脈沖栗浦直接對激光躍迀上能級的離子數(shù)進行周期性調(diào)制，從而實現(xiàn)激光的脈沖輸出，因此具有簡單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)的增益調(diào)制光纖激光器通常采用單純的脈沖栗浦，因而面臨高能量閾值的問題。調(diào)Q則是通過在腔內(nèi)加入額外的調(diào)制器件如聲光調(diào)制器、電光調(diào)制器等主動調(diào)Q器件或半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、石墨烯等被動調(diào)Q器件(即可飽和吸收體)，實現(xiàn)對腔內(nèi)損耗的周期性調(diào)制，從而產(chǎn)生脈沖激光，雖然主動調(diào)Q激光系統(tǒng)具有更高的可靠性、穩(wěn)定性以及高能運轉(zhuǎn)潛力，然而其結(jié)構(gòu)卻相對復(fù)雜，相比之下，被動調(diào)Q光纖激光器無需外部驅(qū)動，因此結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，且易于集成，但是可飽和吸收體相對較低的損傷閾值使其難以直接實現(xiàn)高能脈沖激光輸出。在中紅外波段，目前已有增益調(diào)制、主動調(diào)Q以及被動調(diào)Q脈沖光纖激光器的相關(guān)報道，但大都集中于實現(xiàn)單波長的脈沖激光，為了滿足實際需求，雙波長乃至多波長脈沖光纖激光的研究得到了人們的重視。最近已報道通過主動調(diào)Q和主動調(diào)Q導(dǎo)引增益調(diào)制的方式實現(xiàn)雙波長中紅外脈沖激光輸出，脈沖能量達數(shù)十yj水平，雖然該系類系統(tǒng)具有進一步提升能量的潛力，然而主動調(diào)Q所引入的調(diào)制晶體使得該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且使光纖激光器失去了固有的靈活、緊湊、體積小等優(yōu)點，成本也非常昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決【背景技術(shù)】中存在的技術(shù)問題，提供一種可以在中紅外波段獲得高能量脈沖激光輸出的低閾值、結(jié)構(gòu)簡單的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器。
[0004]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，
[0006]包括順次連接的第一半導(dǎo)體光栗浦源、第一二色鏡、第一耦合鏡、摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖、第二二色鏡、第二耦合鏡及第二半導(dǎo)體光栗浦源，所述第一耦合鏡和摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖之間還依次刻寫有第一光纖光柵和第二光纖光柵；
[0007]其中，
[0008]所述第一半導(dǎo)體光栗浦源用于產(chǎn)生連續(xù)栗浦光；
[0009]所述第二半導(dǎo)體光栗浦源用于產(chǎn)生脈沖栗浦光；
[0010]所述第一耦合鏡用于將第一半導(dǎo)體光栗浦源產(chǎn)生的連續(xù)栗浦光耦合進摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖中；
[0011 ]所述第二耦合鏡用于將第二半導(dǎo)體光栗浦源產(chǎn)生的脈沖栗浦光耦合進摻有Er3+或Ho3+氟化物光纖中；
[0012]所述第一二色鏡用于將產(chǎn)生的雙波長脈沖激光導(dǎo)引輸出；
[0013]所述摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖用于實現(xiàn)激光的躍迀輻射。
[0014]所述第二二色鏡、第一光纖光柵及第二光纖光柵構(gòu)成諧振腔，所述第二二色鏡垂直對接于所述摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖末端，作為諧振腔反饋;所述第一光纖光柵和第二光纖光柵作為諧振腔反饋并輸出耦合。
[0015]所述第一半導(dǎo)體光栗浦源和第二半導(dǎo)體光栗浦源產(chǎn)生的栗浦光的波長相同。
[0016]所述第一半導(dǎo)體光栗浦源和第二半導(dǎo)體光栗浦源產(chǎn)生的栗浦光波長為975nm時，采用摻有Er3+的氟化物光纖;所述第一半導(dǎo)體光栗浦源和第二半導(dǎo)體光栗浦源產(chǎn)生的栗浦光波長為1150nm時，采用摻有Ho3+的氟化物光纖。
[0017]所述第一二色鏡和第二二色鏡均具有對栗浦光高透和對產(chǎn)生激光高反的特性。
[0018]所述第一二色鏡傾斜設(shè)置在第一半導(dǎo)體光栗浦源和第一耦合鏡之間。
[0019]所述第一二色鏡的傾斜角度為45°。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021]1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可移植性強，諧振腔內(nèi)無需采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主動調(diào)制器件，對輸出參數(shù)要求較低，使用方便。
[0022]2、本發(fā)明采用連續(xù)栗浦光為激光上能級提供離子數(shù)，混合脈沖栗浦光誘導(dǎo)增益調(diào)制脈沖產(chǎn)生，從而導(dǎo)引級聯(lián)能級產(chǎn)生第二個波長的增益調(diào)制脈沖，不僅實現(xiàn)了雙波長增益調(diào)制脈沖的同時輸出，還解決了傳統(tǒng)增益調(diào)制光纖激光器需采用高能脈沖激光栗浦的問題。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0024]圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2所示為本發(fā)明混合栗浦的摻有Er3+的氟化物光纖能級圖；
[0026]圖3所示為本發(fā)明混合栗浦的摻有Ho3+的氟化物光纖能級圖；
[0027]圖中的標記分別表示為:1、第一半導(dǎo)體光栗浦源;2、第二半導(dǎo)體光栗浦源;3、第一親合鏡;4、第二親合鏡;5、第一二色鏡;6、第二二色鏡;7、氟化物光纖;8、第一光纖光柵;9、第二光纖光柵；10、4115/2能級；11、4113/2能級；12、4In/2能級；13、976nm連續(xù)栗浦光；14、976nm脈沖栗浦光；15、2.8μπι的增益調(diào)制脈沖；16、1.6μπι的增益調(diào)制脈沖、；17、518能級；18、1150nm連續(xù)栗浦光；19、5l7能級；20、516能級；21、1150nm脈沖栗浦光；22、3.0μπι的增益調(diào)制脈沖;23、2.Ιμπι的增益調(diào)制脈沖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0029]如圖1所示的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，
[0030]包括順次連接的第一半導(dǎo)體光栗浦源1、第一二色鏡5、第一耦合鏡3、摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖7、第二二色鏡6、第二耦合鏡4及第二半導(dǎo)體光栗浦源2，所述第一耦合鏡3和摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖7之間還依次刻寫有第一光纖光柵8和第二光纖光柵9;
[0031]其中，
[0032]所述第一半導(dǎo)體光栗浦源I用于產(chǎn)生連續(xù)栗浦光；
[0033]所述第二半導(dǎo)體光栗浦源2用于產(chǎn)生脈沖栗浦光；
[0034]所述第一耦合鏡4用于將第一半導(dǎo)體光栗浦源I產(chǎn)生的連續(xù)栗浦光耦合進摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖7中；
[0035]所述第二耦合鏡4用于將第二半導(dǎo)體光栗浦源2產(chǎn)生的脈沖栗浦光耦合進摻有Er3+或Ho3+氟化物光纖7中；
[0036]所述第一二色鏡5用于將產(chǎn)生的雙波長脈沖激光導(dǎo)引輸出；
[0037]所述摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖7用于實現(xiàn)激光的躍迀輻射。
[0038]所述第二二色鏡6、第一光纖光柵8及第二光纖光柵9構(gòu)成諧振腔，所述第二二色鏡6垂直對接于所述摻有Er3+或Ho3+氟化物光纖7末端，作為諧振腔反饋;所述第一光纖光柵8和第二光纖光柵9作為諧振腔反饋并輸出耦合。
[0039]所述第一半導(dǎo)體光栗浦源I和第二半導(dǎo)體光栗浦源2產(chǎn)生的栗浦光的波長相同。
[0040]所述第一半導(dǎo)體光栗浦源I和第二半導(dǎo)體光栗浦源2產(chǎn)生的栗浦光波長為975nm時，采用摻有Er3+的氟化物光纖;所述第一半導(dǎo)體光栗浦源I和第二半導(dǎo)體光栗浦源2產(chǎn)生的栗浦光波長為1150nm時，采用摻有Ho3+的氟化物光纖。
[0041]所述第一二色鏡5和第二二色鏡6均具有對栗浦光高透和對產(chǎn)生激光高反的特性。
[0042]為了對本發(fā)明做進一步的解釋，下面結(jié)合具體數(shù)據(jù)和參數(shù)進行詳細說明:
[0043]具體實施例1
[0044]如圖1、圖2所示，第一半導(dǎo)體光栗浦源I輸出的976nm連續(xù)栗浦光通過第一耦合鏡3被耦合進摻有Er3+(正三價鉺離子)的氟化物光纖7中，第二半導(dǎo)體光栗浦源2輸出的976nm脈沖栗浦光通過第二耦合鏡4被耦合進摻有Er3+的氟化物光纖7中，摻有Er3+的氟化物光纖7左側(cè)依次刻寫第一光纖光柵8和第二光纖光柵9，中心波長分別為2.8μηι和1.6μηι，摻有Er3+的氟化物光纖7右側(cè)末端與第二二色鏡6垂直對接，第一光纖光柵8和第二二色鏡6構(gòu)成2.8μηι激光諧振腔，第二光纖光柵9和第二二色鏡6構(gòu)成1.6μηι激光諧振腔，第一二色鏡5置于第一半導(dǎo)體光栗浦源I和第一耦合透鏡3之間用于將摻有Er3+的氟化物光纖7中產(chǎn)生的激光導(dǎo)引輸出。
[0045]本實施例的第一半導(dǎo)體光栗浦源I輸出的976nm連續(xù)栗浦光13通過第一耦合透鏡3耦合進摻有Er3+的氟化物光纖7中，4115/2能級10上的離子被栗浦到4Inz2能級12上，在第一光纖光柵8和第二二色鏡6構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生連續(xù)的2.8μπι激光，同時將第二半導(dǎo)體光栗浦源2輸出的976nm脈沖栗浦光14通過第二耦合鏡4耦合進摻有Er3+的氟化物光纖7中，4115/2能級10上的離子被周期性地栗浦到4Inz2能級12上，在栗浦脈沖的誘導(dǎo)作用下，第一光纖光柵8和第二二色鏡6構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生增益調(diào)制的2.8μπι的增益調(diào)制脈沖15，該脈沖對4Ι?3/2能級11上的離子數(shù)進行周期性調(diào)制即對4Iw2能級11—4115/2能級10躍迀的反轉(zhuǎn)離子數(shù)進行周期性調(diào)制，從而實現(xiàn)對4Ι?3/2能級11—4115/2能級10躍迀的增益調(diào)制，在第二光纖光柵9和第二二色鏡6構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生1.6μπι的增益調(diào)制脈沖16，最終通過第一光纖光柵8和第二光纖光柵9分別輸出2.8μπι的增益調(diào)制脈沖15和1.6μπι的增益調(diào)制脈沖16，進而由第一二色鏡5導(dǎo)引輸出。
[0046]具體實施例2
[0047]如圖1、圖3所示，第一半導(dǎo)體光栗浦源I輸出的1150nm連續(xù)栗浦光通過第一耦合鏡3被耦合進摻有Ho3+ (正三價鈥離子)的氟化物光纖7中，第二半導(dǎo)體光栗浦源2輸出的1150nm脈沖栗浦光通過第二耦合鏡4被耦合進摻有Ho3+的氟化物光纖7中，摻有Ho3+的氟化物光纖7左側(cè)依次刻寫第一光纖光柵8和第二光纖光柵9，中心波長分別為3.Ομπι和2.Ιμπι，摻有Ho3+的氟化物光纖7右側(cè)末端與第二二色鏡6垂直對接，第一光纖光柵8和第二二色鏡6構(gòu)成3.0ym激光諧振腔，第二光纖光柵9和第二二色鏡6構(gòu)成2.1ym激光諧振腔，第一二色鏡5置于第一半導(dǎo)體光栗浦源I和第一耦合透鏡3之間用于將摻有Ho3+的氟化物光纖7中產(chǎn)生的激光導(dǎo)引輸出。
[0048]本實施例的第一半導(dǎo)體光栗浦源I輸出的1150nm連續(xù)栗浦光18通過第一親合透鏡3耦合進摻有Ho3+的氟化物光纖7中，5I8能級17上的離子被栗浦到5I6能級20上，在第一光纖光柵8和第二二色鏡6構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生連續(xù)的3.Ομπι激光，同時將第二半導(dǎo)體光栗浦源2輸出的1150nm脈沖栗浦光21通過第二耦合鏡4耦合進摻有Ho3+的氟化物光纖7中，5I8能級17上的離子被周期性地栗浦到5I6能級20上，在栗浦脈沖的誘導(dǎo)作用下，第一光纖光柵8和第二二色鏡6構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生增益調(diào)制的3.Ομπι的增益調(diào)制脈沖22，該脈沖對517能級19上的離子數(shù)進行周期性調(diào)制即對5I7能級19—518能級17躍迀的反轉(zhuǎn)離子數(shù)進行周期性調(diào)制，從而實現(xiàn)對5I7能級19—518能級17躍迀的增益調(diào)制，在第二光纖光柵9和第二二色鏡6構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生2.Ιμπι的增益調(diào)制脈沖23，最終通過第一光纖光柵8和第二光纖光柵9分別輸出3.Ομπι增益調(diào)制脈沖22和2.Ιμπι增益調(diào)制脈沖23，進而由第一二色鏡5導(dǎo)引輸出。
[0049]如上所述即為本發(fā)明的實施例。前文所述為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，本發(fā)明的專利保護范圍仍然以其權(quán)利要求書為準，凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，其特征在于: 包括順次連接的第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)、第一二色鏡(5)、第一耦合鏡(3)、摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖(7)、第二二色鏡(6)、第二耦合鏡(4)及第二半導(dǎo)體光栗浦源(2)，所述第一耦合鏡(3)和摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖(7)之間還依次刻寫有第一光纖光柵(8)和第二光纖光柵(9); 其中， 所述第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)用于產(chǎn)生連續(xù)栗浦光； 所述第二半導(dǎo)體光栗浦源(2)用于產(chǎn)生脈沖栗浦光； 所述第一耦合鏡(4)用于將第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)產(chǎn)生的連續(xù)栗浦光耦合進摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖(7)中； 所述第二耦合鏡(4)用于將第二半導(dǎo)體光栗浦源(2)產(chǎn)生的脈沖栗浦光耦合進摻有Er3+或Ho3+氟化物光纖(7)中； 所述第一二色鏡(5)用于將產(chǎn)生的雙波長脈沖激光導(dǎo)引輸出； 所述摻有Er3+或Ho3+的氟化物光纖(7)用于實現(xiàn)激光的躍迀輻射。 所述第二二色鏡(6)、第一光纖光柵(8)及第二光纖光柵(9)構(gòu)成諧振腔，所述第二二色鏡(6)垂直對接于所述摻有Er3+或Ho3+氟化物光纖(7)末端，作為諧振腔反饋;所述第一光纖光柵(8)和第二光纖光柵(9)作為諧振腔反饋并輸出耦合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，其特征在于:所述第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)和第二半導(dǎo)體光栗浦源(2)產(chǎn)生的栗浦光的波長相同。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，其特征在于:所述第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)和第二半導(dǎo)體光栗浦源(2)產(chǎn)生的栗浦光波長為975nm時，采用摻有Er3+的氟化物光纖;所述第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)和第二半導(dǎo)體光栗浦源(2)產(chǎn)生的栗浦光波長為1150nm時，采用摻有Ho3+的氟化物光纖。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，其特征在于:所述第一二色鏡(5)和第二二色鏡(6)均具有對栗浦光高透和對產(chǎn)生激光高反的特性。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，其特征在于:所述第一二色鏡(5)傾斜設(shè)置在第一半導(dǎo)體光栗浦源(I)和第一親合鏡(3)之間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級聯(lián)增益調(diào)制雙波長中紅外脈沖光纖激光器，其特征在于:所述第一二色鏡(5)的傾斜角度為45°。
【文檔編號】H01S3/094GK105977775SQ201610564629
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】李劍峰, 羅鴻禹, 翟波, 胡韻簫, 劉永
【申請人】電子科技大學(xué)