CN102332677A

CN102332677A - 一种绿光光纤激光器

Info

Publication number: CN102332677A
Application number: CN 201110302554
Authority: CN
Inventors: 苏秉华; 蔡波; 薛竣文
Original assignee: SHENZHEN DAWEI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN DAWEI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-10-09
Filing date: 2011-10-09
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明涉及激光技术领域，涉及一种绿光光纤激光器，包括前置的泵浦系统、谐振腔以及输出系统。所述谐振腔由增益系统和倍频系统组成。所述增益系统包括相互连接的光纤光栅、增益光纤以及无源光纤，光纤光栅通过光纤与泵浦系统连接。所述倍频系统包括依次排列的聚焦透镜组、布鲁斯特偏振片、倍频晶体以及设置于倍频晶体前的1064nm滤波片、设置于倍频晶体后的短波通滤波片，从无源光纤输出的光束通过聚焦透镜组进入到倍频系统，经短波通滤波片进入输出系统，经整形后输出。本发明绿光光纤激光器在谐振腔内设置增益系统和倍频系统，利用腔内倍频的方式，大大提高了倍频效率，从而提高了绿光的输出功率。

Description

一种绿光光纤激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，涉及一种绿光光纤激光器。

背景技术

光纤激光器以其小型化、全固化及好的热稳定性等一系列优点被广泛研究，尤其是双包层激光器的出现为光纤激光器的高功率输出找到了很好的出路。但是由于材料及生产工艺上的限制，使双包层光纤激光器的波长范围较小，因而使用各种频率转换技术来对其频率进行扩展成为现在研究的热点。绿光光纤激光器出射的532nm激光是由在掺镱光纤中激发振荡出的近红外光经过非线性光学晶体倍频产生的。倍频方式包括腔内倍频和腔外倍频两种，其中腔内倍频可以利用谐振腔内功率密度大的优点，这种倍频方式已经被固体激光器全面采用，但是对于光纤激光器应用还不多。而采用腔外倍频方式的光纤激光器存在倍频效率低的问题，因此光纤激光器采用该倍频方式产生高功率的绿光都存在一定难度。

发明内容

本发明提供了一种获得绿光光纤激光器的方案，提高了绿光的输出功率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种绿光光纤激光器，包括前置的泵浦系统、谐振腔以及输出系统。所述谐振腔由增益系统和倍频系统组成。所述增益系统包括相互连接的光纤光栅、增益光纤以及无源光纤，光纤光栅通过光纤与泵浦系统连接。所述倍频系统包括依次排列的聚焦透镜组、布鲁斯特偏振片、倍频晶体以及设置于倍频晶体前的1064nm滤波片、设置于倍频晶体后的短波通滤波片，从无源光纤输出的光束通过聚焦透镜组进入到倍频系统，经短波通滤波片进入输出系统，经整形后输出。

谐振腔由增益系统和倍频系统组成，其中，增益系统前端的光纤光栅和倍频系统后端的短波通滤波片组成谐振腔腔镜。泵浦系统发射出980nm的泵浦光通过光纤光栅进入增益系统，激发振荡后产生1064nm的近红外激光经过无源光纤输出到倍频系统，经过聚焦透镜组的聚焦和布鲁斯特偏振片的起偏后进入倍频晶体，倍频产生532nm的绿色激光。532nm激光经短波通滤波片进入输出系统，经整形后输出；未被充分利用的1064nm激光被短波通滤波片反射回谐振腔，并经过晶体和聚焦透镜组的耦合进入无源光纤，再次进入增益系统，1064nm滤波片则将逆向产生的532nm激光反射输出。

本方案中，所述泵浦系统包括半导体激光器和为半导体激光器供电的电源，泵浦系统通过半导体激光器的尾纤与光纤光栅之间的熔接与增益系统连接。

优选地，所述光纤光栅、增益光纤以及无源光纤相互熔接，保证实现各光纤之间的模场匹配，从而减少熔接损耗。

优选地，所述光纤光栅为布拉格光纤光栅。光纤光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护，且带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，因此它具有良好的实用性。布拉格光纤光栅对半导体激光器发出的泵浦光高通，对于谐振腔内产生的1064nm激光高反；而短波通滤波片则对532nm激光高通，对1064nm激光高反。

优选地，所述增益光纤为摻镱双包层光纤，该包层形状为D形、矩形和多边形中的一种。双包层结构可以保证光束质量的提前下增加泵浦效率。掺镱双包层光纤技术发展迅速，是迄今制作大功率光纤激光器的主流材料，与传统单包层光纤相比有以下优点：大大提高了泵浦光的耦合效率；大大提高了可入纤泵浦功率，从而可得到大的输出功率；对泵浦光的单模特性不再有要求，扩大了泵浦光源的选择范围。参考实际的设计效果发现，内包层的形状是影响泵浦效率的一个重要参数，不同的内包层形状使得泵浦光穿越纤芯的次数不同，从而导致泵浦效率的较大差异。

优选地，所述增益光纤材料的吸收波长与半导体激光器输出的泵浦光束波长一致。其中，所述半导体激光器输出的泵浦光束波长为980nm。

优选地，所述无源光纤为单模光纤。单模光纤中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10微米左右)，只能传一种模式的光，其模间色散小，有利于光束进入倍频系统时减少色散。

优选地，所述布鲁斯特偏振片的起偏方向与倍频晶体的厚度方向一致，保证利用晶体的最大非线性系数，提高晶体倍频效率。

优选地，所述倍频晶体为准相位匹配的周期性极化铌酸锂晶体，即PPLN晶体。其中，晶体的极化周期必须与基频光的波长相匹配。准相位匹配是非线性光学频率转换的一种重要技术。非线性频率转化中要求动量守恒，在普通非线性晶体中由于色散的存在较难实现，特别是同时多个非线性相互作用时，而非线性周期性结构提供的倒格矢则能较容易地实现相位匹配。通过在非线性介质中构造周期性的结构（非线性光子晶体），它能有效的实现非线性频率转换。相对通常的临界相位匹配（温度匹配、角度匹配），这种方法称为准相位匹配，它能更容易利用较大的非线性系数。

作为改进，所述倍频系统还包括对倍频晶体进行温控的晶体温控炉。晶体温控炉对倍频晶体进行温度控制，以实现倍频效率的最大化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明绿光光纤激光器在谐振腔内设置增益系统和倍频系统，利用腔内倍频的方式，大大提高了倍频效率，从而提高了绿光的输出功率。

附图说明

图1为本发明绿光光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示为本发明绿光光纤激光器的实施例，包括前置的泵浦系统10、谐振腔20以及输出系统30。谐振腔20由增益系统21和倍频系统22组成。增益系统21包括相互连接的光纤光栅211、增益光纤212以及无源光纤213，光纤光栅211通过光纤与泵浦系统10连接。倍频系统22包括依次排列的聚焦透镜组221、布鲁斯特偏振片222、倍频晶体224以及设置于倍频晶体224前的1064nm滤波片223、设置于倍频晶体224后的短波通滤波片225。从无源光纤213输出的光束通过聚焦透镜组221进入到倍频系统22，经短波通滤波片225进入输出系统30，经整形后输出。其中，泵浦系统10包括半导体激光器11和为半导体激光器11供电的电源12，泵浦系统10通过半导体激光器11的尾纤与光纤光栅211之间的熔接与增益系统21连接。

谐振腔20由增益系统21和倍频系统22组成。其中，增益系统21前端的光纤光栅211和倍频系统22后端的短波通滤波片225组成谐振腔20腔镜。泵浦系统10发射出980nm的泵浦光通过光纤光栅211进入增益系统21，激发振荡后产生1064nm的近红外激光经过无源光纤213输出到倍频系统22，经过聚焦透镜组221的聚焦和布鲁斯特偏振片222的起偏后进入倍频晶体224，倍频产生532nm的绿色激光，532nm激光经短波通滤波片225进入输出系统30，经整形后输出。未被充分利用的1064nm激光被短波通滤波片225反射回谐振腔20，并经过晶体和聚焦透镜组221的耦合进入无源光纤213，再次进入增益系统21，1064nm滤波片223则将逆向产生的532nm激光反射输出。

本实施例绿光光纤激光器在谐振腔20内设置增益系统21和倍频系统22，通过二次谐波振荡，利用腔内倍频的方式，大大提高了倍频效率，从而提高了绿光的输出功率。

为了保证实现各光纤之间的模场匹配，以减少熔接损耗，采用优选方式，光纤光栅211、增益光纤212以及无源光纤213相互熔接，

光纤光栅211为布拉格光纤光栅。光纤光栅体具有积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护，且带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，因此它具有良好的实用性。布拉格光纤光栅对半导体激光器11发出的泵浦光高通，对于谐振腔20内产生的1064nm激光高反；而短波通滤波片225则对532nm激光高通，对1064nm激光高反。

增益光纤212为摻镱双包层光纤，该包层形状为D形、矩形和多边形中的一种。双包层结构可以保证光束质量的提前下增加泵浦效率。掺镱双包层光纤技术发展迅速，是迄今制作大功率光纤激光器的主流材料，与传统单包层光纤相比有以下优点：大大提高了泵浦光的耦合效率；大大提高了可入纤泵浦功率，从而可得到大的输出功率；对泵浦光的单模特性不再有要求，扩大了泵浦光源的选择范围。参考实际的设计效果发现，内包层的形状是影响泵浦效率的一个重要参数，不同的内包层形状使得泵浦光穿越纤芯的次数不同，从而导致泵浦效率的较大差异。

其中，增益光纤212材料的吸收波长与半导体激光器11输出的泵浦光束波长一致，其中，半导体激光器11输出的泵浦光束波长为980nm；无源光纤213为单模光纤，便于光束进入倍频系统22时减少色散；布鲁斯特偏振片222的起偏方向与倍频晶体224的厚度方向一致，保证利用晶体的最大非线性系数，提高晶体倍频效率。

倍频晶体224为准相位匹配的周期性极化铌酸锂晶体，即PPLN晶体。其中，晶体的极化周期必须与基频光的波长相匹配。准相位匹配是非线性光学频率转换的一种重要技术。非线性频率转化中要求动量守恒，在普通非线性晶体中由于色散的存在较难实现，特别是同时多个非线性相互作用时，而非线性周期性结构提供的倒格矢则能较容易地实现相位匹配。通过在非线性介质中构造周期性的结构（非线性光子晶体），它能有效的实现非线性频率转化。相对通常的临界相位匹配（温度匹配、角度匹配），这种方法称为准相位匹配，它能更容易利用较大的非线性系数。

作为本实施例的进一步改进，倍频系统22还包括对倍频晶体224进行温控的晶体温控炉226。晶体温控炉226对倍频晶体224进行温度控制，以实现倍频效率的最大化。

采用以上的结构设计出来的绿光光纤激光器在保证基模输出的情况下可以产生5W的532nm激光。532nm绿光光纤激光器因其输出光束质量高、散热性能好以及体积小等特点，与现在市面上占主要地位的全固态绿光激光器相比，具有明显的优势。532nm绿光光纤激光器可应用在医学诊断与治疗、工业加工、军事技术、大屏幕彩色显示以及作为飞秒掺钛蓝宝石激光器和光参量振荡器的泵浦源等方面，是一种前沿的激光器件。

Claims

1.一种绿光光纤激光器，包括前置的泵浦系统（10）、谐振腔（20）以及输出系统（30），其特征在于：所述谐振腔由增益系统（21）和倍频系统（22）组成，所述增益系统包括相互连接的光纤光栅（211）、增益光纤（212）以及无源光纤（213），光纤光栅通过光纤与泵浦系统连接，所述倍频系统包括依次排列的聚焦透镜组（221）、布鲁斯特偏振片（222）、倍频晶体（224）以及设置于倍频晶体前的1064nm滤波片（223）、设置于倍频晶体后的短波通滤波片（225），从无源光纤输出的光束通过聚焦透镜组进入到倍频系统，经短波通滤波片进入输出系统，经整形后输出。

2.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述泵浦系统包括半导体激光器（11）和为半导体激光器供电的电源（12），泵浦系统通过半导体激光器的尾纤与光纤光栅之间的熔接与增益系统连接。

3.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述光纤光栅、增益光纤以及无源光纤相互熔接。

4.根据权利要求3所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述光纤光栅为布拉格光纤光栅。

5.根据权利要求3所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤为摻镱双包层光纤，该包层形状为D形、矩形和多边形中的一种。

6.根据权利要求3所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤材料的吸收波长与半导体激光器输出的泵浦光束波长一致。

7.根据权利要求6所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述半导体激光器输出的泵浦光束波长为980nm。

8.根据权利要求3所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述无源光纤为单模光纤。

9.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述布鲁斯特偏振片的起偏方向与倍频晶体的厚度方向一致。

10.根据权利要求1所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述倍频晶体为准相位匹配的周期性极化铌酸锂晶体。

11.根据权利要求1-10任一所述的绿光光纤激光器，其特征在于：所述倍频系统还包括对倍频晶体进行温控的晶体温控炉（226）。