CN103337779A - 光纤泵浦的中红外气体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光器技术领域，公开了一种光纤泵浦的中红外气体激光器。该激光器包括泵浦源、增益介质和谐振腔。泵浦源由光纤种子源、稳频装置和光纤级联放大器等组成；增益介质为HBr或者DF/HF/CO/CO2等其他气体和惰性气体形成的混合气体；谐振腔由泵浦输入镜和激光输出镜共同组成。泵浦源可以通过将种子光分束再分别经过光纤级联放大器实现泵浦功率的提高，种子源产生的2μm激光可以对准增益介质的吸收线实现泛频泵浦，处于激发态的HBr气体分子产生基频跃迁输出4μm的中红外激光。本发明结构紧凑，可拓展性强，易于散热，可以实现中红外波段激光的高功率输出。

Description

光纤泵浦的中红外气体激光器
技术领域
本发明属于激光器技术领域，涉及一种以光纤激光器作为泵浦源并以气体作为增益介质的高能新型光纤泵浦中红外气体激光器。
背景技术
一直以来，大气对激光的吸收、散射等衰减作用是制约高能激光远距离传输的关键因素。2～5μm的中红外激光光源由于其激光波长落在大气窗口内，在大气中可以实现远距离传输而受到国内外高能激光研究机构的重视，特别是将其应用于光谱实验、激光雷达以及环境污染探测等技术领域。目前能够实现中红外激光输出的激光光源主要有HF/DF化学激光器、固体激光器、光参量振荡激光器以及光子晶体光纤激光器等。化学激光器虽然可以实现高功率的中红外激光输出但是其体积庞大实际应用受到很大限制；由于无法克服固体增益介质在高功率情况下产生的热效应所引起的光束质量变差问题，固体激光器目前不是实现高能激光的有效方式；光参量振荡激光器虽然是实现中红外输出的较好方式，但是由于光参量振荡激光器要通过倍频、和频、差频等方法实现中红外激光输出，结构复杂，而且由于其核心器件使用的非线性晶体的热载荷能力有限从而制约了光参量振荡激光器向高能中红外激光器方向的发展；空芯充气的光子晶体光纤也可以输出中红外激光，但是由于光子晶体光纤的尺寸一般在微米量级，模式很小，也难以实现高功率激光输出。
发明内容
本发明的发明目的是：考虑固体激光器具有激光谱线准确，可以通过锁频、谱线压窄等技术手段实现激光的窄线宽输出等优点，以及光纤激光器可拓展性强，脉冲光纤激光器的最新进展等因素，本发明提出一种新型的光纤泵浦中红外气体激光器。该光纤泵浦的中红外气体激光器结合了光纤激光器谱线准确、可拓展性强等优良的激光输出特性和气体激光器容易实现比例放大、易于流动散热的特点，可以容易实现中红外功率放大。
本发明采用的技术方案是：
一种光纤泵浦的中红外气体激光器，包括用于产生泵浦光的泵浦源、含有增益介质的工作气池和谐振腔，所述泵浦源包括光纤激光器，增益介质为工作气体与惰性气体组成的混合气体；所述泵浦源产生的泵浦光的波长对准所述工作气体的吸收谱线，工作气体从基态被所述泵浦光泵浦到激发态，然后位于激发态的工作气体分子通过自发辐射跃迁到低能级，再经过谐振腔提供正反馈后形成受激辐射产生激光振荡，输出中红外激光。
进一步地，所述工作气体为HBr、DF、HF、CO和CO2中的一种或者多种。
进一步地，所述惰性气体是氦气、氖气、氩气、氪气或者氙气中的一种或者多种。
进一步地，所述泵浦源还包括稳频装置、第一分束器、调制器、第二分束器、级联放大器、合束器，所述光纤激光器产生的种子光经过第一分束器后分成两束光，第一束激光经过稳频装置产生用于稳频的误差信号再反馈至光纤激光器，第二束激光经过调制器后连接到分束器分成多束激光，再分别经过级联放大器进行功率放大，最后经过合束器后输出所述泵浦光。
进一步地，所述谐振腔包括输入镜和输出镜，所述输入镜位于泵浦源和工作气池之间，输出镜位于工作气池之后。
本发明的技术效果在于：
1、本发明采用气体作为增益介质，易于流动、散热快，抗损伤性好；
2、本发明输出的气体光谱非常稳定，可以用于光谱实验、激光雷达以及环境污染探测等技术领域；
2、本发明采用光纤激光器作为泵浦源，结构紧凑，可拓展性强；
3、本发明的泵浦源是光纤激光器，泵浦光的参数便于调节，可以通过外调制或者调Q技术等手段对种子源的谱线、脉冲波形以及同步性进行控制。
附图说明
图1为HBr气体分子的能级结构图；
图2为光纤泵浦的HBr气体激光器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明所提出的光纤泵浦的中红外气体激光器，以典型的HBr气体为例，该发明同样适用于DF/HF/CO/CO2等气体增益介质。
图1为HBr气体分子的能级结构图，图中S1表示v=0基态能级；S2表示2μm泵浦光；S3表示v=1振动能级；S4表示4μm激光；S5表示v=2振动能级。
图2是本发明实施例光纤泵浦的HBr气体激光器结构示意图。本发明所提出的光纤泵浦的中红外气体激光器以光纤激光器作为泵浦源，本实施例中以HBr气体作为增益介质，采用泛频泵浦、基频跃迁的技术。光纤激光器产生的2um的泵浦光对准HBr气体分子的吸收谱线，将HBr气体分子从基态泵浦到激发态，激发态的HBr气体分子通过自发辐射跃迁到低能级，谐振腔提供正反馈形成受激辐射激光振荡，输出4um的中红外激光。
如图2所示，1为光纤激光器；2为稳频装置；3为误差信号；4为第一分束器；5为调制器；6为第二分束器；7为级联放大器；8为合束器；9为输入镜；10为工作气池；11为输出镜；12为中红外激光输出。
光纤激光器1作为2μm种子源产生2μm的种子光，种子光通过光纤分束器4分成两束光，一束激光用于驱动稳频装置2产生频率误差信号3，再反馈回光纤激光器1使种子光的输出频率稳定，分束器4分出来的另一束光被外部调制器5调制成脉冲信号，再通过分束器6分成多束种子光分别经过级联放大器7进行泵浦激光的功率放大，最后各路泵浦光通过合束器8注入到HBr气池10中，将HBr气体分子抽运到激发态，输入镜9和输出镜11组成的谐振腔对自发辐射进行光放大，形成激光振荡，输出4μm的中红外激光12。

Claims (5)

1.一种光纤泵浦的中红外气体激光器，包括用于产生泵浦光的泵浦源、含有增益介质的工作气池（10）和谐振腔，其特征在于：所述泵浦源包括光纤激光器（1），增益介质为工作气体与惰性气体组成的混合气体；所述泵浦源产生的泵浦光的波长对准所述工作气体的吸收谱线，工作气体从基态被所述泵浦光泵浦到激发态，然后位于激发态的工作气体分子通过自发辐射跃迁到低能级，再经过谐振腔提供正反馈后形成受激辐射产生激光振荡，输出中红外激光。
2.根据权利要求1所述的光纤泵浦的中红外气体激光器，其特征在于：所述工作气体为HBr、DF、HF、CO和CO2中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的光纤泵浦的中红外气体激光器，其特征在于：所述惰性气体是氦气、氖气、氩气、氪气或者氙气中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的光纤泵浦的中红外气体激光器，其特征在于：所述泵浦源还包括稳频装置（2）、第一分束器（4）、调制器（5）、第二分束器（6）、级联放大器（7）、合束器（8），所述光纤激光器（1）产生的种子光经过第一分束器（4）后分成两束光，第一束激光经过稳频装置（2）产生用于稳频的误差信号再反馈至光纤激光器（1），第二束激光经过调制器（5）后连接到分束器（6）分成多束激光，再分别经过级联放大器（7）进行功率放大，最后经过合束器（8）后输出所述泵浦光。
5.根据权利要求1至4之一所述的光纤泵浦的中红外气体激光器，其特征在于：所述谐振腔包括输入镜（9）和输出镜（11），所述输入镜（9）位于泵浦源和工作气池之间，输出镜（11）位于工作气池之后。
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