CN103872558A - 全光纤双波长中红外激光器 - Google Patents

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全光纤双波长中红外激光器，属于光纤激光器制造技术领域，为解决目前中红外激光器稳定性差、实用性不强的问题，该激光器为1565nm大功率光纤激光泵浦源与波分复用器的端口a连接，波分复用器的端口b与单模掺铥光纤的一端连接；波分复用器的端口c与F-P光纤滤波器的一端连接，F-P光纤滤波器的另一端与光纤隔离器的输入端连接，光纤隔离器的输出端与光纤分束器的第一端口连接，光纤分束器的第二端口与单模掺铥光纤的另一端连接作为反馈，偏振控制器将单模掺铥光纤与光纤分束器的第二端口之间的部分光纤夹入其内且不截断光纤，光纤分束器的第三端口作为激光器的输出端口，上述结构形成环形腔；本发明可以应用于医疗、探测及雷达等领域。

Description

全光纤双波长中红外激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器制造技术领域，特别涉及一种全光纤结构的中红外环形腔双波长光纤激光器，其输出波长1.9μm和3.8μm，可以应用于医疗、探测及雷达等诸多领域。
背景技术
位于2-5μm的中红外激光位于大气窗口，对烟雾的穿透能力强，覆盖瓦斯等危险气体的一部分吸收光谱，在大气探测、遥感、激光医疗、大气通信、激光雷达等领域应用广泛。中红外光纤激光器是目前最急需的激光技术之一，采用掺铥光纤做激光增益介质，由于Tm3+离子间存在着的交叉驰豫过程，N1,N0→N3,N3的交叉驰豫率随着Tm3+的掺杂浓度增加迅速增长，高掺杂浓度时，交叉驰豫过程加强，对于N1、N3和N0的光谱参数产生很大影响，掺Tm光纤激光器能够获得中红外波段激光。
1565nm光纤激光泵浦的单包层掺铥环形腔光纤激光器能获得高效率的中红外激光输出。目前，中红外激光常用KTP、周期极化铌酸锂（PPLN）、ZGP等晶体光学参量振荡（OPO）或者ZBLAN光纤的非线性效应产生。而掺铥光纤激光器均为2μm波段，未见3.5μm以上波段中红外光纤激光器研究。非全光纤结构，使系统稳定性差、实用性不强。
发明内容
为解决目前中红外激光器稳定性差、实用性不强的问题，本发明提供了一种全光纤结构的中红外双波长掺铥激光器，其获得输出波长1.9μm和3.8μm，易于与光纤系统集成。
本发明采取如下技术方案：全光纤双波长中红外激光器，包括1565nm大功率光纤激光泵浦源、波分复用器、单模掺铥光纤、偏振控制器、F-P光纤滤波器、光纤隔离器和光纤分束器，其特征是，1565nm大功率光纤激光泵浦源与波分复用器的端口a连接，波分复用器的端口b与单模掺铥光纤的一端连接；波分复用器的端口c与F-P光纤滤波器的一端连接，F-P光纤滤波器的另一端与光纤隔离器的输入端连接，光纤隔离器的输出端与光纤分束器的第一端口连接，光纤分束器的第二端口与单模掺铥光纤的另一端连接作为反馈，偏振控制器将单模掺铥光纤与光纤分束器的第二端口之间的部分光纤夹入其内且不截断光纤，光纤分束器的第三端口作为激光器的输出端口，上述结构形成环形腔。
本发明的有益效果：本发明中1565nm大功率光纤激光泵浦源1通过波分复用器2的端口a201和端口b202进入单模掺铥光纤3产生反向发射光谱，反向发射光谱经过F-P光纤滤波器5和光纤隔离器6滤波，再经光纤分束器7的第一端口701和第二端口702的反馈，形成光放大，通过偏振控制器4调节激光谐振腔内偏振态，光纤分束器7的第三端口703可输出双波长中红外激光。
本发明克服了现有固体参量振荡中红外激光器的不足，减少了非光纤器件连接带来的腔内损耗增加等问题。
本发明采用全光纤结构，损耗低，成本低，易于与光纤系统集成。本发明获得的中红外激光稳定性好，具有较高的性价比。
附图说明
图1为本发明全光纤双波长中红外激光器的结构示意图。
图2为所述1565nm大功率光纤激光泵浦源的结构示意图。
图3为本发明全光纤双波长中红外激光的输出光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明全光纤双波长中红外激光器，其由1565nm大功率光纤激光泵浦源1、波分复用器2、单模掺铥光纤3、偏振控制器4、F-P光纤滤波器5、光纤隔离器6和光纤分束器7连接而成环形激光谐振腔，其连接关系为：
1565nm大功率光纤激光泵浦源1与波分复用器2的端口a201连接，波分复用器2的端口b202与单模掺铥光纤3的一端连接；波分复用器2的端口c203与F-P光纤滤波器5的一端连接，F-P光纤滤波器5的另一端与光纤隔离器6的输入端连接，光纤隔离器6的输出端与光纤分束器7的第一端口701连接，光纤分束器7的第二端口702与单模掺铥光纤3的另一端连接作为反馈，偏振控制器4将单模掺铥光纤3与光纤分束器7的第二端口702之间的部分光纤夹入其内且不截断光纤，光纤分束器7的第三端口703作为激光器的输出端口，形成的环形腔采用全光纤结构，其中各部件均通过光纤熔接的方法连接。
如上连接，波分复用器2、单模掺铥光纤3、偏振控制器4、F-P光纤滤波器5、光纤隔离器6、光纤分束器7连接形成了环形腔。
如图2所示，1565nm大功率光纤激光泵浦源，其由1565nm半导体激光二极管101、1560nm光纤隔离器102、高功率掺铒光纤放大器103和1560nm高功率光纤隔离器104连接而成，其连接关系为：
1565nm半导体激光二极管101的输出端口与1560nm光纤隔离器102的输入端口连接，1560nm光纤隔离器102的输出端口与高功率掺铒光纤放大器103的输入端口连接，高功率掺铒光纤放大器103的输出端口与1560nm高功率光纤隔离器104的输入端口连接，1560nm高功率光纤隔离器104的输出端口作为1565nm光纤激光泵浦源1的输出端口。
所述1565nm大功率光纤激光泵浦源1，其形成的大功率光纤激光泵浦源采用全光纤结构，其中各部件均通过光纤熔接的方法连接。
上述1565nm大功率光纤激光泵浦源1、波分复用器2、单模掺铥光纤3、偏振控制器4、F-P光纤滤波器5、光纤隔离器6和光纤分束器7等器件均采用现有技术。
所述的波分复用器2的端口a201为波长1560nm端口，端口b202为中红外波长端口，端口c203为波分复用端口。
所采用的单模掺铥光纤3数值孔径为0.15，芯径9μm，外径125μm，1565nm波段峰值吸收系数16dB/m。
偏振控制器4采用手动挤压式偏振控制器，用来调整激光环形腔内偏振态，以提高输出光纤激光的功率。
F-P光纤滤波器5在激光环形腔内用来选择振荡激光波长。
光纤隔离器6可以在腔内确保信号单向传输，并能降低噪声，提高信噪比。
光纤分束器7的第二端口702为20%功率输出端，第三端口703为80%功率输出端。第三端口703输出的激光采用红外光纤光谱分析仪和红外光功率计测量。
当1565nm大功率光纤激光泵浦源1通过波分复用器2的端口a201和端口b202泵浦单模掺铥光纤3时，在光纤中产生反向中红外波段发射光谱，反向发射光谱经过F-P光纤滤波器5选择波长和光纤隔离器6滤波，再经光纤分束器7的第一端口701和第二端口702的反馈，形成光放大，光纤分束器7的第三端口703可输出3.8μm激光，由于光纤中产生非线性效应，形成的二次谐波，即1.9μm激光，实现了双波长输出。如图3为全光纤双波长即1.9μm和3.8μm中红外激光的输出光谱图。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.全光纤双波长中红外激光器，包括1565nm大功率光纤激光泵浦源（1）、波分复用器（2）、单模掺铥光纤（3）、偏振控制器（4）、F-P光纤滤波器（5）、光纤隔离器（6）和光纤分束器（7），其特征是，1565nm大功率光纤激光泵浦源（1）与波分复用器（2）的端口a（201）连接，波分复用器（2）的端口b（202）与单模掺铥光纤（3）的一端连接；波分复用器（2）的端口c（203）与F-P光纤滤波器（5）的一端连接，F-P光纤滤波器（5）的另一端与光纤隔离器（6）的输入端连接，光纤隔离器（6）的输出端与光纤分束器（7）的第一端口（701）连接，光纤分束器（7）的第二端口（702）与单模掺铥光纤（3）的另一端连接作为反馈，偏振控制器（4）将单模掺铥光纤（3）与光纤分束器（7）的第二端口（702）之间的部分光纤夹入其内且不截断光纤，光纤分束器（7）的第三端口（703）作为激光器的输出端口，上述结构形成环形腔。
2.根据权利要求1所述的全光纤双波长中红外激光器，其特征在于，1565nm光纤激光泵浦源（1）包括1565nm半导体激光二极管（101）、1560nm光纤隔离器（102）、高功率掺铒光纤放大器（103）和1560nm高功率光纤隔离器（104）；1565nm半导体激光二极管（101）的输出端口与1560nm光纤隔离器（102）的输入端口连接，1560nm光纤隔离器（102）的输出端口与高功率掺铒光纤放大器（103）的输入端口连接，高功率掺铒光纤放大器（103）的输出端口与1560nm高功率光纤隔离器（104）的输入端口连接，1560nm高功率光纤隔离器（104）的输出端口作为1565nm光纤激光泵浦源（1）的输出端口。
3.根据权利要求1所述的全光纤双波长中红外激光器，其特征在于，所述形成的环形腔采用全光纤结构，各部件之间的连接均采用光纤熔接方式。
4.根据权利要求1所述的全光纤双波长中红外激光器，其特征在于，所述的波分复用器（2）的端口a（201）为波长1560nm端口，端口b（202）为中红外波长端口，端口c（203）为波分复用端口。
5.根据权利要求1所述的全光纤双波长中红外激光器，其特征在于，偏振控制器（4）为手动挤压式偏振控制器。
6.根据权利要求1所述的全光纤双波长中红外激光器，其特征在于，所述的光纤分束器（7）的第二端口（702）为20%功率输出端，第三端口（703）为80%功率输出端。
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