CN103606808B - 一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，包括第一半导体激光泵浦源和第二半导体激光泵浦源、第一二色镜、第二二色镜、耦合透镜和谐振腔；第一半导体激光泵浦源和第二半导体激光泵浦源产生两个互相垂直且波长不同的连续泵浦光并由第一二色镜合成一束，通过第二二色镜照射到耦合透镜中并聚焦到双包层掺Ho3+ZBLAN光纤内，然后在由双包层掺Ho3+ZBLAN光纤与反射镜组成的谐振腔中振荡形成激光并经反射镜反射，最后由第二二色镜反射输出。本发明有效地解决了传统的中红外光纤激光器中采用单一波长泵浦源泵浦难以产生波长大于3μm激光的问题。

Description

一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器
技术领域
本发明涉及中红外激光技术领域，尤其是一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器。
背景技术
高效率、体积小，波长位于3~5μm区域大气窗口的中红外激光光源具有广泛地应用。如高亮度的中红外激光光源不仅可应用于国防中的激光对抗，还可应用于先进气体传感技术和环境监测等。在各种产生中红外激光的方法中，相对于光参量振荡器、光参量放大器以及量子级联激光器而言，光纤激光器具有亮度高、峰值功率高、可调谐、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，因此发展高效率地中红外光纤激光器有着重要的科学意义和应用价值。而传统的中红外光纤激光器，其采用单一波长的泵浦光泵浦掺杂稀土离子氟化物光纤，然而稀土离子能级中对应于3~5μm区域的中红外激光跃迁的能级往往是下能级的寿命高于上能级的寿命，室温下难以实现粒子数反转，从而使得其对应波长的激光跃迁自终止，难以实现波长大于3μm的激光输出，目前室温下最长也只能产生3.005μm波长的激光。同时，掺杂稀土离子的激光源在中红外区域具有许多不利因素，如激发态吸收、能量传递上转换等跃迁过程，增大了激光的泵浦阈值功率，使得激光器效率低、输出功率小，大大地限制了中红外光纤激光器的实际应用。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可以在室温下获得3.2μm或3.9μm波段激光输出的双波长级联泵浦的中红外光纤激光器。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，包括第一半导体激光泵浦源、第二半导体激光泵浦源、第一二色镜、第二二色镜、耦合透镜和谐振腔；所述第一半导体激光泵浦源和第二半导体激光泵浦源产生两个互相垂直且波长不同的连续泵浦光并由第一二色镜合成一束，通过第二二色镜照射到耦合透镜中并聚焦到双包层掺Ho3+ZBLAN光纤内，然后在由双包层掺Ho3+ZBLAN光纤与反射镜组成的谐振腔中振荡形成激光并经反射镜反射，最后由第二二色镜反射输出。
作为上述方案的第一种优选，所述双包层掺Ho3+ZBLAN光纤对应于波长为975nm和1150nm的泵浦源并产生波长为3.2μm的激光。
对上述方案作进一步优选，所述产生波长为1150nm的第二半导体激光泵浦源为二极管激光泵浦源。
作为上述方案的第二种优选，所述双包层掺Ho3+ZBLAN光纤对应于波长为1975nm和1550nm的泵浦源并产生波长为3.9μm的激光。
对上述方案作进一步优选，所述反射镜为镀金反射镜。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过使用两种不同波长的激光同时泵浦掺杂稀土离子光纤，有效地解决了传统的中红外光纤激光器中采用单一波长泵浦源泵浦难以产生波长大于3μm激光的问题，可高效率地实现高功率中红外激光输出。
2.本发明可移植性和可集成度高，有利于实际应用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器的结构示意图。
图中：1为第一半导体激光泵浦源；2为第二半导体激光泵浦源；3为第一二色镜；4为第二二色镜；5为耦合透镜；6为双包层掺Ho3+ZBLAN光纤；7为反射镜。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
实施例1
如图1所示，一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，包括第一半导体激光泵浦源1、第二半导体激光泵浦源2、第一二色镜3、第二二色镜4、耦合透镜5和谐振腔；所述第一半导体激光泵浦源1和第二半导体激光泵浦源2分别产生波长为975nm和1150nm的连续泵浦光并由第一二色镜3合成一束，通过第二二色镜4照射到耦合透镜5中并聚焦到双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6内，然后在由双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6与反射镜7组成的谐振腔中振荡形成3.2μm的激光并经反射镜7反射，最后由第二二色镜4反射输出。
所述第一二色镜3具有对975nm波长光高透，对1150nm波长光高反的特性。
所述第二二色镜4具有对975nm和1150nm波长光高透，对3.2μm光高反的特性。
所述反射镜7为镀金反射镜，具有对3.2μm波长光高反的特性。
所述第二半导体激光泵浦源2为二极管激光泵浦源，产生波长为1150nm的连续泵浦光和第一半导体激光泵浦源1产生波长为975nm的连续泵浦光通过第一二色镜3合成一束平行的泵浦光，透过第二二色镜4，再经过耦合透镜5耦合进入双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6的内包层中，当第二半导体激光泵浦源2泵浦开始时，位于能级5I8上的粒子通过基态吸收被抽运到能级5I6上，在其达到泵浦阈值之前，能级5I6上得到的粒子在产生波长为975nm连续泵浦光的第一半导体激光泵浦源1的泵浦下，再一次被抽运到能级5S2上，以此形成粒子数反转，从而在能级5S2和能级5F5之间形成3.2μm的激光辐射。
本实施例中采用的双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6对应的能级为5I8、5I6、5F5、5S2，产生的激光波长为3.2μm，对应于5S2→5F5能级跃迁。
实施例2
如图1所示，一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，包括第一半导体激光泵浦源1、第二半导体激光泵浦源2、第一二色镜3、第二二色镜4、耦合透镜5和谐振腔；所述第一半导体激光泵浦源1和第二半导体激光泵浦源2分别产生波长为1975nm和1550nm的连续泵浦光并由第一二色镜3合成一束，通过第二二色镜4照射到耦合透镜5中并聚焦到双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6内，然后在由双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6与反射镜7组成的谐振腔中振荡形成3.9μm的激光并经反射镜7反射，最后由第二二色镜4反射输出。
所述第一二色镜3具有对1975nm波长光高透，对1550nm波长光高反的特性。
所述第二二色镜4具有对1975nm、1550nm波长光高透，对3.9μm光高反的特性。
所述反射镜7为镀金反射镜，具有对3.9μm波长光高反的特性。
所述第一半导体激光泵浦源1产生波长为1975nm的连续泵浦光和第二半导体激光泵浦源2产生波长为1550nm的连续泵浦光通过第一二色镜3合成一束平行的泵浦光，透过第二二色镜4，再经过耦合透镜5耦合进入双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6的内包层中，当第一半导体激光泵浦源1泵浦开始时，位于能级5I8上的粒子通过基态吸收被抽运到能级5I7上，在其达到泵浦阈值之前，能级5I7上得到的粒子在产生波长为1550nm连续泵浦光的第二半导体激光泵浦源2的泵浦下，再一次被抽运到能级5I5上，以此形成粒子数反转，从而在能级5I5和能级5I6之间形成3.9μm的激光辐射。
本实施例中采用的双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6对应的能级为5I8、5I7、5I6、5I5，产生的激光波长为3.9μm，对应于5I5→5I6能级跃迁。
上述实施例中，所述第二二色镜4具有对泵浦光高通及对产生的激光高反的特性，可有效实现中红外激光的输出；所述的双包层掺Ho3+ZBLAN光纤6中，Ho3+离子的能级跃迁对应3.2μm和3.9μm波长的跃迁辐射，可有效地实现波长大于3μm的高功率激光输出。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，其特征在于：包括第一半导体激光泵浦源(1)和第二半导体激光泵浦源(2)、第一二色镜(3)、第二二色镜(4)、耦合透镜(5)和谐振腔；所述第一半导体激光泵浦源(1)和第二半导体激光泵浦源(2)产生两个互相垂直且波长不同的连续泵浦光并由第一二色镜(3)合成一束，通过第二二色镜(4)照射到耦合透镜(5)中并聚焦到双包层掺Ho3+ZBLAN光纤(6)内，然后在由双包层掺Ho3+ZBLAN光纤(6)与反射镜(7)组成的谐振腔中振荡形成激光并经反射镜(7)反射，最后由第二二色镜(4)反射输出；
所述第一半导体激光泵浦源(1)产生波长为1975nm的连续泵浦光和第二半导体激光泵浦源(2)产生波长为1550nm的连续泵浦光通过第一二色镜(3)合成一束平行的泵浦光，透过第二二色镜(4)，再经过耦合透镜(5)耦合进入双包层掺Ho3+ZBLAN光纤(6)的内包层中，当第一半导体激光泵浦源(1)泵浦开始时，位于能级5I8上的粒子通过基态吸收被抽运到能级5I7上，在其达到泵浦阈值之前，能级5I7上得到的粒子在产生波长为1550nm连续泵浦光的第二半导体激光泵浦源(2)的泵浦下，再一次被抽运到能级5I5上，以此形成粒子数反转，从而在能级5I5和能级5I6之间形成3.9μm的激光辐射。
2.根据权利要求1所述的一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，其特征在于：所述双包层掺Ho3+ZBLAN光纤(6)对应于波长为975nm和1150nm的泵浦源并产生波长为3.2μm的激光。
3.根据权利要求2所述的一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，其特征在于：所述第二半导体激光泵浦源(2)为二极管激光泵浦源。
4.根据权利要求1所述的一种双波长级联泵浦的中红外光纤激光器，其特征在于：所述反射镜(7)为镀金反射镜。
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