CN102761048B - 可调谐拉曼光纤激光器 - Google Patents

Abstract

一种可调谐拉曼光纤激光器，其特点在于该拉曼光纤激光器的构成包括高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器，沿该铒镱共掺光纤泵浦激光器的激光输出方向依次设置45°双色镜、聚焦透镜、双包层掺锗石英光纤、准直透镜、体布拉格光栅和全反镜，所述的全反镜与双包层掺锗石英光纤泵浦耦合端构成一阶斯托克斯光的激光谐振腔，由45°双色镜反射输出一阶斯托克斯光。本发明输出的激光工作波段为1.6-1.75μm，在眼安全雷达、气体光谱学、医疗和其它激光技术领域有着重要应用。

Description

可调谐拉曼光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是一种可调谐拉曼光纤激光器。

背景技术

光纤激光作为第三代激光技术的代表，以其体积小、效率高、结构简单的优势引起了业界的广泛注意。光纤激光按其工作介质一般可分为两类：一类是将稀土掺杂光纤（如掺铒光纤或掺镱光纤）作为其增益介质，产生激光振荡；另一类利用光纤中的非线性效应（如受激拉曼散射、受激布里渊散射）产生激光输出。特别是拉曼光纤激光器，由于其较高的功率输出和工作波长的灵活性，越来越广泛地应用于激光技术的各个领域。1.6-1.75μm波段激光光源在眼安全雷达、气体光谱学、医疗和其它激光技术领域有着重要应用，但传统的掺铒或铒镱共掺光纤激光器以及掺铥或铥钬共掺光纤激光器分别主要工作在1.53-1.6μm和1.8-2μm波段，难以覆盖上述波长范围。

典型的拉曼光纤激光器装置([1] Yan Feng, Luke R. Taylor, and Domenico Bonaccini Calia, “150 W highly-efficient Raman fiber laser”, Opt. Express, vol.17(26), pp.23678, 2009)如图1所示。其中B和D分别为刻在拉曼光纤两端的对一阶斯托克斯光高反和部分反射的布拉格光纤光栅，构成拉曼光纤激光器的谐振腔。E为对泵浦光高反的布拉格光纤光栅，将未吸收的泵浦光反射回激光振荡腔。C为拉曼增益光纤，一端连接泵浦源A，其主要有掺锗石英光纤、掺磷石英光纤两大类，它们的拉曼频移分别为440cm^-1,1330cm^-1。为保证输出光束F具有较好的光束质量，普通拉曼光纤激光器通常将单模光纤作为其拉曼增益介质，然而单模光纤的应用极大地限制了泵浦光的耦合效率，尤其当泵浦源为多模输出时，因而较难实现较高功率的激光输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可调谐拉曼光纤激光器，实现1.6～1.75μm波段的激光输出，且其激光输出功率高于传统的单模拉曼光纤激光器。

本发明的技术解决方案如下：

一种可调谐拉曼光纤激光器，其特点在于该拉曼光纤激光器的构成包括高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器，沿该铒镱共掺光纤泵浦激光器的激光输出方向依次设置45°双色镜、聚焦透镜、双包层掺锗石英光纤、准直透镜、体布拉格光栅和全反镜，所述的全反镜与双包层掺锗石英光纤泵浦耦合端构成一阶斯托克斯光的激光谐振腔，由45°双色镜反射输出一阶斯托克斯光，所述的双包层掺锗石英光纤采用MCVD方法制成，其构成包括自内而外的掺锗的单模纤芯、掺锗的D型内包层、外包层和保护层，所述的掺锗的单模纤芯，其截止波长为1.6μm；所述的掺锗的D型内包层的面积与掺锗的单模纤芯的面积比为5.8。

所述的高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器的输出波长为1.5μm左右。

所述拉曼光纤激光器的泵浦方式为包层泵浦，即将泵浦光通过聚焦透镜直接耦合到双包层掺锗石英光纤的内包层中。

所述的全反镜对一阶斯托克斯光高反。

所述的45°双色镜是与所述的入射光成45°设置的对泵浦光高透、对一阶斯托克斯光高反的双色镜。

所述的聚焦透镜对泵浦光和一阶斯托克斯光高透。

所述的准直透镜对一阶斯托克斯光高透。

本发明采用1.5μm的高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器包层泵浦双包层掺锗石英光纤，并利用光纤中的受激拉曼效应来实现1.5μm泵浦光的斯托克斯平移，同时通过体布拉格光栅的调谐选频使得输出的一阶斯托克斯光波长范围为1.6-1.75μm。

本发明的优点在于：

1、与传统的单模拉曼光纤激光器相比，其具有更高的输出功率，且保持较好的激光光束质量；

2、采用体布拉格光栅可实现一阶斯托克斯光波长较宽的调谐；

3、其工作波长范围为1.6-1.75μm，填补了传统稀土掺杂光纤激光器在这一波段输出的空白，这一波段激光光源在眼安全雷达、气体光谱学、医疗和其它激光技术领域有着重要应用。

附图说明

图1是典型的拉曼光纤激光器结构示意图。

图2是本发明可调谐拉曼光纤激光器实施例的结构示意图。

图3是本发明实施例中作为拉曼增益介质的双包层结构图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

先请参阅图2，图2是本发明可调谐拉曼光纤激光器的整体结构示意图。由图可见，本发明可调谐拉曼光纤激光器的构成包括高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器1，沿该铒镱共掺光纤泵浦激光器1的激光输出方向依次设置45°双色镜2、聚焦透镜3、双包层掺锗石英光纤4、准直透镜5、体布拉格光栅6和全反镜7，所述的全反镜7与双包层掺锗石英光纤4泵浦耦合端构成一阶斯托克斯光的激光谐振腔，由45°双色镜2反射输出一阶斯托克斯光，所述的双包层掺锗石英光纤4采用MCVD方法制成，其构成包括自内而外的掺锗的单模纤芯41、掺锗的D型内包层42、外包层43和保护层44，所述的掺锗的单模纤芯41，其截止波长为1.6μm；所述的掺锗的D型内包层42的面积与掺锗的单模纤芯41的面积比为5.8。

所述的高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器的输出波长为1.5μm左右。

所述的铒镱共掺光纤激光器泵浦源1发出的波长为1.5μm左右的激光经过对泵浦光高透、一阶斯托克斯光高反的45°双色镜2，由聚焦透镜3耦合进入双包层掺锗石英光纤4的内包层，利用光纤中的受激拉曼效应实现泵浦光1.5μm的斯托克斯频移，当泵浦光功率达到一阶斯托克斯激光振荡阈值后，就会在全反镜7和双包层掺锗石英光纤4泵浦耦合端构成的激光谐振腔中形成稳定振荡，最后由45°双色镜2反射输出一阶斯托克斯光。调节入射到体布拉格光栅的光束角度可实现一阶斯托克斯光波长的调谐。 

所述的体布拉格光栅可实现对输出一阶斯托克斯光波长的大范围调谐（~30nm）。由于掺锗石英光纤的拉曼增益谱较宽（达40THz），采用1.5μm的高功率铒镱共掺光纤泵浦源足以覆盖1.6-1.75μm波段。此外，由于掺锗石英光纤的拉曼增益谱在13THz（约440 cm^-1）附近有一个较宽的峰，因而体布拉格光栅的中心波长可根据所需的输出激光工作波长在1.6-1.75μm范围选择。体布拉格光栅具体波长调谐过程为：以一定角度入射到体布拉格光栅上的光束，满足布拉格条件波长的光束干涉相长，出射后正入射到全反镜7上，形成振荡，而不满足布拉格条件波长的光束由于其过大的损耗不能在腔内起振，从而实现了波长选择的目的。 

Claims (3)

1.可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于该拉曼光纤激光器的构成包括高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器（1），沿该铒镱共掺光纤泵浦激光器（1）的激光输出方向依次设置45°双色镜（2）、聚焦透镜（3）、双包层掺锗石英光纤（4）、准直透镜（5）、体布拉格光栅（6）和全反镜（7），所述的45°双色镜是与所述的入射光成45°设置的对泵浦光高透、对一阶斯托克斯光高反的双色镜，所述的聚焦透镜对泵浦光和一阶斯托克斯光高透，所述的准直透镜对一阶斯托克斯光高透，所述的全反镜对一阶斯托克斯光高反，所述的全反镜（7）与双包层掺锗石英光纤（4）泵浦耦合端构成一阶斯托克斯光的激光谐振腔，由45°双色镜（2）反射输出一阶斯托克斯光，所述的双包层掺锗石英光纤（4）的构成包括自内而外的掺锗的单模纤芯（41）、掺锗的D型内包层（42）、外包层（43）和保护层（44），所述的掺锗的单模纤芯（41），其截止波长为1.6μm；所述的掺锗的D型内包层（42）的面积与掺锗的单模纤芯（41）的面积比为5.8。

2.根据权利要求1的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于所述的高功率铒镱共掺光纤泵浦激光器的输出波长为1.5μm左右。

3.根据权利要求1的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于所述拉曼光纤激光器的泵浦方式为包层泵浦，即将泵浦光通过聚焦透镜直接耦合到双包层掺锗石英光纤的内包层中。

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