CN102709796A - 一种中红外内腔拉曼被动调q脉冲光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器。包括依次连接的泵浦激光器、耦合透镜组和反射镜，还包括双包层ZBLAN（氟化物）光纤、光纤熔接点和无源ZBLAN拉曼光纤，所述光纤布拉格光栅FBG0、光纤布拉格光栅FBGn、光纤布拉格光栅FBGnout和多组光纤布拉格光栅对FBGm-1分布在无源ZBLAN拉曼光纤上。本发明的有益效果是：避开了传统增益调制和声光调制器主动调Q方法中，需要对泵浦光进行脉冲调制从而导致泵浦激光器和光纤端面易损坏，以及使用置于光纤外声光调制器所引起的光纤激光器结构复杂，体积大，灵活性差的问题。

Description

一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别涉及一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器。
背景技术
光纤激光器具有激光阈值低、输出光束质量好、转换效率高、以及高“表面积/体积”比、柔韧性与灵活性好、易于集成等显著优点，而中红外脉冲激光器在国防（激光对抗）、医学（激光微治疗）以及大气通信等方面有着重要的应用，因此发展中红外脉冲光纤激光器有着重要的科学意义和应用价值。
在最近中红外脉冲光纤激光器研究中，采用的方法主要为增益调制和声光调制器主动调Q两种方式。增益调制方式通过脉冲泵浦的方式对激光跃迁上能级的粒子数进行周期性调制，实现激光的脉冲输出。声光调制器主动调Q则是通过在光纤外，谐振腔内放置声光调制器来控制激光腔内的损耗从而实现调Q脉冲的输出。这两种方式中，前者需要对泵浦光进行脉冲调制，容易损坏泵浦激光器和光纤端面；后者需要在光纤外放置声光调制器，这使得光纤激光器失去了固有的灵活、紧凑、体积小等优点，除此之外中红外波段的声光调制器需要特殊材料，这也增加了其制作难度和和成本。
发明内容
本发明为解决现有技术中的中红外脉冲光纤激光器存在的不足，提出了一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器。
本发明的技术方案是：一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器、耦合透镜组和反射镜，其特征在于，还包括双包层ZBLAN（氟化物）光纤、光纤熔接点和无源ZBLAN拉曼光纤，所述光纤布拉格光栅FBG0、光纤布拉格光栅FBGn、光纤布拉格光栅FBGnout和多组光纤布拉格光栅对FBGm-1分布在无源ZBLAN拉曼光纤上。
所述位于双包层ZBLAN光纤的前端的对连续泵浦光高透而对基频光呈高反射效率的反射镜与位于无源ZBLAN拉曼光纤的后端的中心波长对应基频光波长的光纤布拉格光栅FBG0构成基频光谐振腔，所述多组光纤布拉格光栅对FBGm-1组成m-1阶Stokes（斯托克斯）光的谐振腔，光纤布拉格光栅FBGn和光纤布拉格光栅FBGnout组成n阶Stokes光的谐振腔；所述光纤布拉格光栅对FBGm-1和光纤布拉格光栅FBGn的反射中心波长分别对应于各阶Stokes光的中心波长；所述光纤布拉格光栅FBGnout对n阶Stokes光有较高的透射率用以光纤激光器的输出耦合。
上述双包层ZBLAN光纤为双包层掺Er3+ZBLAN光纤或者双包层掺Ho3+ZBLAN光纤。
本发明的有益效果是：避开了传统增益调制和声光调制器主动调Q方法中，需要对泵浦光进行脉冲调制从而导致泵浦激光器和光纤端面易损坏，以及使用置于光纤外声光调制器所引起的光纤激光器结构复杂，体积大，灵活性差的问题。
附图说明
图1是本发明中红外内腔式拉曼被动调Q脉冲光纤激光器的结构示意图。
图2是本发明ZBLAN光纤的拉曼频移示意图。
附图标记说明：泵浦激光器1、耦合透镜组2、反射镜3、双包层ZBLAN光纤4、光纤熔接点5、无源ZBLAN拉曼光纤6、光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1、光纤布拉格光栅FBG08、光纤布拉格光栅FBGn9、光纤布拉格光栅FBGnout10、基频光11、一阶Stoke光12、二阶Stokes光13、三阶Stokes光14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明具体实施方案做进一步的说明。
如图1所示，一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器1、耦合透镜组2、反射镜3、双包层ZBLAN（氟化物）光纤4、光纤熔接点5和无源ZBLAN拉曼光纤6，所述光纤布拉格光栅FBG08、光纤布拉格光栅FBGn9、光纤布拉格光栅FBGnout10和多组光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1分布在无源ZBLAN拉曼光纤6上。
多组光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1中的m为自然数，并且m-1取1，2，3……n，其中n为m-1的最大取值，多组光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1分别对应于附图1中的标号71~7n。
所述位于双包层ZBLAN光纤4的前端的对连续泵浦光高透而对基频光呈高反射效率的反射镜3与位于无源ZBLAN拉曼光纤6的后端的中心波长对应基频光波长的光纤布拉格光栅FBG08构成基频光谐振腔，所述多组光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1组成m-1阶Stokes（斯托克斯）光的谐振腔，光纤布拉格光栅FBGn9和光纤布拉格光栅FBGnout10组成n阶Stokes光的谐振腔；所述光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1和光纤布拉格光栅FBGn9的反射中心波长分别对应于各阶Stokes光的中心波长；所述光纤布拉格光栅FBGnout10对n阶Stokes光有较高的透射率用以光纤激光器的输出耦合。
上述双包层ZBLAN光纤4可以选择双包层掺Er3+（铒离子）ZBLAN光纤或者双包层掺Ho3+（钬离子）ZBLAN光纤。该双包层掺Er3+ZBLAN光纤或者双包层掺Ho3+ZBLAN光纤以及无源ZBLAN拉曼光纤6都是以氟化物（ZBLAN）为基质的光纤，且纤芯尺寸相同，可直接进行低损耗熔接，构成光纤激光器的介质。
上述泵浦激光器1产生的连续泵浦光波长为975nm或1150nm。
上述耦合透镜组2用于准直泵浦激光器1产生的连续泵浦光，并将其耦合进所述双包层ZBLAN光纤4的内包层中。
下面，为了进一步的说明本发明的技术方案，如图2所示，取光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1的最大组数m-1=n=3时，则本实施例中光纤布拉格光栅对FBGm-17m-1则有FBG171、FBG272和FBG373组三组分别组成三阶Stokes光的谐振腔，分别用以将基频光11激发为一阶Stoke光12、二阶Stokes光13和三阶Stokes光14。下面在结合本实施例的方案的具体工作过程对本发明做进一步的说明：
将泵浦激光器1产生的波长为975nm的连续泵浦光通过耦合透镜组2准直并耦合进双包层掺Er3+ZBLAN光纤4内包层中。在反射镜3和布拉格光栅FBG08构成的谐振腔中谐振，产生波长为2.7μm11的基频光，此时基频光为连续光，当基频光功率还未达到受激拉曼散射的阈值时，无源ZBLAN拉曼光纤6中的拉曼散射为自发拉曼散射，消耗的基频光数量较少，此时基频光仍为连续光，其功率随泵浦光功率的增加而增大。当基频光功率超过受激拉曼散射阈值时，基频光的功率很快向一阶Stokes光转移。此时，无源ZBLAN拉曼光纤6类似于饱和吸收体，使基频光在谐振腔内的Q值减小（损耗增大），则基频光激光阈值升高，于是双包层掺Er3+ZBLAN光纤4中的亚稳态离子数在上能级积累并到达较高的水平。由于基频光的不断消耗，受激拉曼散射增益逐渐趋于饱和，于是基频光在谐振腔内的Q值增大（损耗下降），阈值降低，于是反转离子数大大超过阈值，受激辐射迅速增强，便在极短的时间内，使上能级储存的大部分离子数向下能级跃迁，从而形成一个很强的基频光脉冲。该基频光脉冲通过无源ZBLAN拉曼光纤时，由受激拉曼散射作用产生一个相应的一阶Stokes光脉冲，其波长为3.2μm12。该脉冲在光纤布拉格光栅对FBG171构成的谐振腔中谐振，并不断吸收基频光脉冲的能量从而得到放大，当一阶Stokes光脉冲能量达到二阶Stokes光的受激拉曼散射阈值时，一阶Stokes光脉冲能量又逐渐向二阶Stokes光脉冲传递，其波长为3.93μm13，在光纤布拉格光栅对FBG272构成的谐振腔中谐振，并不断吸收一阶Stokes光脉冲的能量并得到放大。当二阶Stokes光脉冲能量达到三阶Stokes光的受激拉曼散射阈值时，二阶Stokes光脉冲能量又逐渐向三阶Stokes光脉冲传递，其波长为5.01μm14，在光纤布拉格光栅FBG39和FBG3out10构成的谐振腔，三阶Stokes光脉冲谐振，并不断吸收二阶Stokes脉冲光的能量并得到放大，最后通过FBG3out10输出波长为5.01μm14的光脉冲。
本具体实施例中，采用的是输出波长为975nm的泵浦激光器，其对应采用的是双包层掺Er3+ZBLAN光纤；也可以采用输出波长为1150nm的泵浦激光器，其对应所采用的是双包层掺Ho3+ZBLAN（光纤，此时，产生的基频光波长为2.9μm，由此形成的一阶、二阶、三阶Stokes光脉冲波长分别为3.49μm、4.37μm、5.86μm。
虽然本实施例仅以n取值为3时对本技术方案进行了演绎，但是本领域的普通技术人员应该意识到n的取值范围的变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的并且可根据需要获得的激光波长对n进行取值，从而实现对输出脉冲波长的选择，因此为了简化描述，未对n的具体取值进一步扩展举例，因此以n=3为参照，当n取其它值时本领域的普通技术人员仍然能够显而意见的实施其方案，因此本发明申请的保护范围不应受本实施例n=3的限制。
本实施例中的各种光纤布拉格光栅由飞秒激光器在所述无源ZBLAN拉曼光纤6上进行刻写形成，具有体积小、耦合性好、制作成本低等特点，特别是光纤布拉格光栅对FBGm-1，能对泵浦光高通，对谐振腔产生的基频光高反；同时，输出端的光纤布拉格光栅FBGnout为低反射率光栅，能很好实现中红外脉冲激光（n阶Stokes脉冲）的输出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器（1）、耦合透镜组（2）和反射镜（3），其特征在于，还包括双包层ZBLAN（氟化物）光纤（4）、光纤熔接点（5）和无源ZBLAN拉曼光纤（6），所述光纤布拉格光栅FBG0（8）、光纤布拉格光栅FBGn（9）、光纤布拉格光栅FBGnout（10）和多组光纤布拉格光栅对FBGm-1（7m-1）分布在无源ZBLAN拉曼光纤（6）上。
2.根据权利要求1所述的一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器，其特征在于，所述位于双包层ZBLAN光纤（4）的前端的对连续泵浦光高透而对基频光呈高反射效率的反射镜（3）与位于无源ZBLAN拉曼光纤（6）的后端的中心波长对应基频光波长的光纤布拉格光栅FBG0（8）构成基频光谐振腔，所述多组光纤布拉格光栅对FBGm-1（7m-1）组成m-1阶Stokes（斯托克斯）光的谐振腔，光纤布拉格光栅FBGn（9）和光纤布拉格光栅FBGnout（10）组成n阶Stokes光的谐振腔；所述光纤布拉格光栅对FBGm-1（7m-1）和光纤布拉格光栅FBGn（9）的反射中心波长分别对应于各阶Stokes光的中心波长；所述光纤布拉格光栅FBGnout（10）对n阶Stokes光有较高的透射率用以光纤激光器的输出耦合。
3.根据权利要求1或2所述的一种中红外内腔拉曼被动调Q脉冲光纤激光器，其特征在于，所述双包层ZBLAN光纤（4）为双包层掺Er3+ZBLAN光纤或者双包层掺Ho3+ZBLAN光纤。
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