CN102891427A

CN102891427A - 小型倍频可见光光纤激光器

Info

Publication number: CN102891427A
Application number: CN2012103931167A
Authority: CN
Inventors: 周军; 郝丽云; 漆云凤; 刘驰
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-01-23

Abstract

一种小型倍频可见光光纤激光器，其构成依次包括光纤激光器、保偏光隔离器、第一传输光纤、周期性极化倍频晶体、第二传输光纤、和准直透镜系统，所述的周期性极化倍频晶体置于温控炉中。本发明以光纤激光器为基频光源，以波导结构的周期性极化晶体为倍频器件，采用光纤纤芯和倍频晶体波导直接对准的耦合方式，构成了一种全波导化的可见光激光器，具有系统结构紧凑、稳定性高、转换效率高、方便实用等特点。

Description

小型倍频可见光光纤激光器

技术领域

本发明涉倍频光纤激光器，特别是一种小型倍频可见光光纤激光器。

背景技术

结构紧凑、光束质量好且成本低廉的可见光激光器在显示、医疗器械、水下通信等许多领域都有着大量的需求。一般可见光激光是通过复杂的光学系统腔内或腔外倍频来实现，腔内倍频虽具有较高的转化效率，但结构太复杂，实现成本很高；腔外单通倍频虽然结构相对简单，但是转化效率低，且两者都要经过复杂激光调试，结构庞大，机械稳定性不好，不能满足大批工业化生产的要求。

光纤激光器具有转化效率高、光束质量，热管理方便、结构紧凑、便于维修等优点，能够获得高功率和高光束质量的激光输出。

准相位匹配的波导型结构的周期性极倍频晶体，可以最大限度的利用晶体的非线性系数，将光束缚在波导内，使光经长距离传播后仍能保持高功率密度，具有很高单程转化效率，并且可以与光纤激光器的光纤结构很好的匹配，实现全波导结构。2009年，Kiyohide等用平面波导结构的PPLN得到40%的倍频效率。2008年，Hong Ky Nguyen等用桥型波导结构的PPLN得到72.9%倍频效率。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种小型倍频可见光光纤激光器，该激光器为全波导结构，具有结构紧凑、稳定性高、转换效率高、方便实用等特点。

采用波长为λ窄谱宽线偏振的光纤激光器作为基频光源，以波导结构的周期性极化晶体为倍频晶体，采用光纤纤芯和倍频晶体波导直接对准的方式，将基频激光耦合进周期性倍频晶体的波导结构中，在周期性极化倍频晶体波导的另一端，同样通过波导与传输光纤纤芯直接对准固定的方式，将倍频可见激光耦合入传输光纤，温控炉用于控制周期性极化倍频晶体的工作温度，以获得基频光到倍频可见光的高效率频率转换，通过光纤输出的经过倍频的光最后通过准直透镜系统得到纯净的准直的可见光激光，

本发明的具体技术方案如下：

一种小型倍频可见光光纤激光器，特点在于其构成依次包括光纤激光器、保偏光隔离器、第一传输光纤、周期性极化倍频晶体、第二传输光纤、和准直透镜系统，所述的周期性极化倍频晶体置于温控炉中，所述的第一传输光纤的纤芯和所述的周期性极化倍频晶体的波导直接对准固定，该周期性极化倍频晶体的波导的另一端与第二传输光纤纤芯直接对准固定，所述的光纤激光器是激光波长为λ的线偏振输出的光纤激光器，所述的周期性极化倍频晶体为带有波导结构的准相位匹配波长为λ的倍频晶体，光纤激光器的线偏振基频光通过保偏光隔离器后，通过第一传输光纤的纤芯和所述的周期性极化倍频晶体的波导将基频光耦合到周期性极化倍频晶体的波导中，经周期性极化倍频晶体倍频后，倍频的可见激光耦合入第二传输光纤，并通过准直透镜系统准直输出。

所述的光纤激光器为激光波长为λ的线偏振、窄谱宽输出的光纤激光器，是输出激光在1微米波段的掺镱光纤激光器，或输出激光在1.5微米波段的掺铒光纤激光器或铒镱共掺光纤激光器。

所述的周期性极化倍频晶体的准相位匹配波长为λ与光纤激光器的输出波长相匹配，波导的直径和数值孔径与传输光纤的线芯直径和数值孔径相匹配。

所述的周期性极化倍频晶体的两个通光端面均镀有对波长λ和λ/2的减反膜。

所述的周期性极化倍频晶体为周期性极化铌酸锂晶体、掺氧化镁的周期性极化铌酸锂晶体、周期性极化钽酸锂晶体、或掺氧化镁的周期性极化钽酸锂晶体。

所述的保偏光隔离器为工作波长覆盖光纤激光器输出波长λ的光隔离器，其输入和输出光纤均为偏振保持型传输光纤。

所述的温控炉是在一定的温度范围内精确温度控制的温控炉，周期性极化倍频晶体置于温控炉中，通过设定温控炉的温度，以确保周期性极化倍频晶体工作在最佳工作温度状态，以获得基频光到倍频可见光的高效率频率转换。

所述的传输光纤的输出端面与周期性极化倍频晶体输入端面紧靠但不接触，光纤纤芯与晶体波导精确对准，且偏振方向相匹配；所述的第一传输光纤和周期性极化倍频晶体的位置采用光学胶合的方法或熔接方法固定。

所述的第二传输光纤为保偏型传输光纤，或非保偏型传输光纤；所述的第二传输光纤的输入端面与所述的周期性极化倍频晶体输出端面紧靠但不接触，所述的周期性极化倍频晶体的晶体波导与所述的第二传输光纤的光纤纤芯精确对准，波导的直径和数值孔径与传输光纤的线芯直径和数值孔径相匹配；第二传输光纤和周期性极化倍频晶体的位置采用光学胶合的方法或熔接方法固定。

所述的准直透镜系统用来对倍频后的波长为λ/2的可见激光进行准直，其由准直透镜和滤光片组合而成，准直透镜两面均镀对波长λ/2的减反膜，滤光片以40～50°的角度放置，且在该角度下镀有对基频光λ全反、倍频光λ/2高透的双色膜，用于倍频光与基频光的分离。

本发明的技术效果：

在本发明中采用窄谱宽、线偏振光纤激光器熔接隔离器，实现高光束质量，高偏振消光比的红外激光输出。

在本发明中，通过采用带有波导结构的准相位匹配波长为λ的周期性极化倍频晶体，通过传输光纤的纤芯和倍频晶体的波导直接对准固定，将基频光耦合到周期性极化倍频晶体的波导中。温控炉用于控制周期性极化倍频晶体的工作温度，以获得基频光到倍频可见光的高效率频率转换，在周期性极化倍频晶体波导的另一端，同样通过波导与传输光纤纤芯直接对准固定的方式，将倍频可见激光耦合入传输光纤，简单高效的通过全波导结构实现红外基频光向倍频可见光的转换。

在本发明中，通过采用温控炉用于控制周期性极化倍频晶体的工作温度，以获得基频光到倍频可见光的高效率频率转换。通过采用有准直透镜和滤光片组合准直透镜系统，来获得纯净的准直的可见光激光。

附图说明

图1为本发明的小型倍频可见光光纤激光器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1为本发明小型倍频可见光光纤激光器结构示意图。由图可见，本发明小型倍频可见光光纤激光器包括作为基频光源的光纤激光器1、用于倍频的周期性极化倍频晶体4、用于防止回光对激光器造成伤害的保偏光隔离器2、控制倍频晶体工作在最佳工作温度的温控炉5、第一传输光纤3和第二传输光纤6、用于对倍频光进行准直以及倍频光与基频光进行分离的准直透镜系统7。所述各部分的关系是光纤激光器1产生线偏振、窄谱宽的波长为λ基频激光，经过波长为λ保偏隔离器后，通过第一传输光纤的纤芯和倍频晶体的波导直接对准固定的方式，耦合入周期性极化倍频晶体4的波导中，温控炉5用于控制周期性极化倍频晶体工作在最佳基频光到倍频可见光的转换温度，在倍频晶体4的另一端同样通过波导4与传输光纤纤芯6直接对准固定的方式，将输出的可见激光耦合入传输光纤6中，最后经过倍频的光通过准直透镜系统的准直透镜准直后，经滤光片输出纯净的倍频可见激光。

列举一个具体实施例的物理参数如下：

如图1所示，所述的光纤激光器1为线偏振、窄谱宽输出的连续光纤激光器，中心波长在1064nm，经过波长为1064nm输入输出端尾纤均为PM980的保偏隔离器后，输出激光功率达1W，第一传输光纤3、第二传输光纤6的参数分别为PM980、PM460，隔离器的输出端尾纤与第一传输光纤3相熔接，周期性极化倍频晶体采用平面型波导结构5%MgO:PPLN，晶体的长度为18mm，宽度为5mm，厚度为1mm，两边镀有1064nm和532nm的减反膜，传输光纤3输出光纤端面与周期性极化倍频晶体4输入端面紧靠但不接触，光纤纤芯与晶体波导精确对准，且偏振方向相匹配，在周期性极化倍频晶体4的另一端，同样采用波导与传输光纤6纤芯直接对准固定的方式，将倍频可见激光耦合入PM460的第二传输光纤6。温控炉5控制周期性极化波导型倍频晶体PPLN在14.7℃，温度的控制精度为±0.1℃，传输光纤6与准直系统7相连接，准直系统7是由焦距为20mm的准直透镜和双色片（1064nm光通过率为9.6307%，532nm光透过率为93.656%）组成，准直透镜与光纤输出端之间的距离为20mm，准直透镜轴线和倍频光的传输方向在一条直线上，保证输出的光为准直光，双色片在准直透镜之后20mm处，与光路成45°放置，经过准直的光打在双色片的中央区域，当输出的1064nm的基频光功率为0.91w时，得到的346mw的可见光激光输出，倍频转化效率为38%。

与在先技术相比，本发明采用以光纤激光器为基频光源，以波导结构的周期性极化晶体为倍频器件，采用光纤纤芯和倍频晶体波导直接对准的耦合方式，构成了一种光纤化输出小型可见光倍频激光器，具有结构紧凑、稳定，高效的得到可见光激光输出。

Claims

1.一种小型倍频可见光光纤激光器，特征在于其构成依次包括光纤激光器（1）、保偏光隔离器（2）、第一传输光纤（3）、周期性极化倍频晶体（4）、第二传输光纤（6）、和准直透镜系统（7），所述的周期性极化倍频晶体（4）置于温控炉（5）中，所述的第一传输光纤（3）的纤芯和所述的周期性极化倍频晶体（4）的波导直接对准固定，该周期性极化倍频晶体（4）的波导的另一端与第二传输光纤（6）纤芯直接对准固定，所述的光纤激光器（1）是激光波长为λ的线偏振输出的光纤激光器，所述的周期性极化倍频晶体（4）为带有波导结构的准相位匹配波长为λ的倍频晶体，光纤激光器（1）的线偏振基频光通过保偏光隔离器（2）后，通过第一传输光纤（3）的纤芯和所述的周期性极化倍频晶体（4）的波导将基频光耦合到周期性极化倍频晶体（4）的波导中，经周期性极化倍频晶体（4）倍频后，倍频的可见激光耦合入第二传输光纤（6），并通过准直透镜系统（7）准直输出。

2.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的光纤激光器（1）为激光波长为λ的线偏振、窄谱宽输出的光纤激光器，是输出激光在1微米波段的掺镱光纤激光器，或输出激光在1.5微米波段的掺铒光纤激光器或铒镱共掺光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的周期性极化倍频晶体（4）的准相位匹配波长为λ与光纤激光器（1）的输出波长相匹配，其波导的直径和数值孔径与传输光纤（3）的线芯直径和数值孔径相匹配。

4.根据权利要求3所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的周期性极化倍频晶体（4）的两个通光端面均镀有对波长λ和λ/2的减反膜。

5.根据权利要求3所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的周期性极化倍频晶体（4）为周期性极化铌酸锂晶体、掺氧化镁的周期性极化铌酸锂晶体、周期性极化钽酸锂晶体、或掺氧化镁的周期性极化钽酸锂晶体。

6.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的保偏光隔离器（2）为工作波长覆盖光纤激光器输出波长λ的光隔离器，其输入和输出光纤均为偏振保持型传输光纤。

7.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的温控炉（5）是在一定的温度范围内精确温度控制的温控炉，通过设定温控炉（4）的温度，以确保周期性极化倍频晶体（4）工作在最佳工作温度状态，以获得基频光到倍频可见光的高效率频率转换。

8.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的传输光纤（3）的输出端面与周期性极化倍频晶体（4）输入端面紧靠但不接触，光纤纤芯与晶体波导精确对准，且偏振方向相匹配；所述的第一传输光纤（3）和周期性极化倍频晶体（4）的位置采用光学胶合的方法或熔接方法固定。

9.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的第二传输光纤（6）为保偏型传输光纤，或非保偏型波长为λ/2传输光纤；所述的第二传输光纤（6）的输入端面与所述的周期性极化倍频晶体（4）输出端面紧靠但不接触，所述的周期性极化倍频晶体（4）的晶体波导与所述的第二传输光纤（6）的光纤纤芯精确对准，波导的直径和数值孔径与传输光纤（3）的线芯直径和数值孔径相匹配；第二传输光纤（6）和周期性极化倍频晶体（4）的位置采用光学胶合的方法或熔接方法固定。

10.根据权利要求1所述的小型倍频可见光光纤激光器，其特征在于所述的准直透镜系统（7）用来对倍频后的波长为λ/2的可见激光进行准直，其由准直透镜（8）和滤光片（9）组合而成，准直透镜（8）两面均镀对波长λ/2的减反膜，滤光片（9）以40～50°的角度放置，且在该角度下镀有对基频光λ全反、倍频光λ/2高透的双色膜，用于倍频光与基频光的分离。