CN103928839A - 一种u波段高功率皮秒脉冲激光产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工作U波段的高功率皮秒脉冲激光产生方法。将通信波段的锁模皮秒脉冲种子激光经过掺铒光纤放大器(EDFA)放大后，获得高功率的皮秒脉冲激光；输出的皮秒脉冲激光耦合到普通多模光纤或双包层光纤，通过腔内谐振腔反馈获得皮秒脉冲激光输出。本发明利用受激拉曼频移获得脉冲宽度为皮秒量级的U波段拉曼激光。目前工作在该波长的激光还没有高功率皮秒或者更短的超快脉冲的报道。本发明输出的高功率皮秒脉冲激光在高速光通信、多普勒测风激光雷达、差分吸收激光雷达以及中红外激光的产生等方面具有极大的应用需求。

Description

一种U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法

技术领域

本发明涉及一种工作在U波段的高功率皮秒脉冲激光产生方法，具体涉及利用受激拉曼频移并通过腔内反馈获得脉冲宽度为皮秒量级的U波段高功率拉曼光纤激光。

背景技术

U波段(Ultralong band)激光，即波长位于1625-1675nm的人眼安全波段激光，在高速光通信、多普勒测风激光雷达、差分吸收激光雷达以及中红外激光的产生等方面具有极大的应用需求。目前，该波段脉冲激光通常通过光学参量方法获得，但是光学参量方法系统复杂，功率提升空间有限。通过同带泵浦方法，即通过1470nm或1532nm波长的半导体激光器(LD)泵浦Er:YAG晶体或陶瓷，可以直接获得1.65μm波长左右的激光。但是，由于Er:YAG在1.65μm处增益带宽窄(～3nm)，很难通过传统的锁模方法来获得皮秒甚至更短的超快脉冲激光输出。拉曼光纤激光器由于其大的增益带宽，可以通过锁模或者同步泵浦的方式获得工作在U波段的皮秒脉冲激光。

近年来，许多研究单位开展了拉曼光纤激光器的研究工作。1988年，英国帝国理工大学的A.S.Gouveria-note等人通过1.32μm锁模Nd:YAG激光器泵浦单模光纤，获得了输出功率约20mW的、工作在1.4μm波长的皮秒脉冲拉曼光纤激光器。2009年，欧洲南方天文台YanFeng等人通过工作在1070nm波长的掺镱光纤激光器泵浦标准单模光纤，获得了连续波输出的、工作在1120nm波长的、输出功率达153W的拉曼光纤激光器。2009年，英国帝国理工大学飞秒光学研究小组C.E.S.Castellani等人利用碳纳米管可饱和吸收体通过拉曼的方法实现了输出功率约5mW的1666nm锁模皮秒脉冲激光。2013年，国内上海光机所范滇元院士团队通过工作在1560nm波长的Er-Yb共掺光纤激光器泵浦普通多模光纤，获得了输出功率约10W的、工作在1638.5～11675.1nm宽波长范围可调谐的连续波拉曼光纤激光器。由于皮秒脉冲具有高的峰值功率，利用单模光纤做增益介质的拉曼光纤激光器在功率提升方面受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述Er:YAG在1.65μm处增益带宽窄难以通过锁模来获得皮秒甚至更短的超快脉冲激光、以及以单模光纤做增益介质的拉曼光纤激光器输出功率提升受限的不足，提供一种可以实现工作波长在U波段的高功率皮秒脉冲激光输出方法。本发明通过以下方法实现：

一种U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，将输出功率为-5～0dBm工作在1520-1570nm通信波段可调谐的锁模皮秒脉冲种子激光经过掺铒光纤放大器(EDFA)放大后，获得高功率的皮秒脉冲激光输出；输出的皮秒脉冲激光耦合到多模光纤或双包层光纤中，利用受激拉曼频移并通过腔内反馈获得U波段高功率脉冲宽度为皮秒量级的拉曼光纤激光。

所述的光纤选择纤芯直径50μm、外包层直径125μm、数值孔径0.2掺锗的普通多模光纤或单模纤芯、D型内包层的掺锗的双包层光纤。

所述的拉曼光纤激光器的泵浦源为EDFA。

所述的EDFA输入的种子源为输出功率-5～0dBm工作在通信波段可调谐的锁模皮秒脉冲光纤激光器。

所述的种子源可调谐范围为1520-1570nm。

所述的激光反馈是通过谐振腔反馈。可以基于一90度切割的光纤端面和一片双色镜做成空间的拉曼光纤激光器，也可以基于一对光纤布拉格光栅(FBG)反馈做成全光纤的拉曼光纤激光器。

所述的双色镜对1520-1570nm泵浦光高透(>95％)、对1620-1680nm激光高反(反射率>99.8％)。

所述的空间的拉曼光纤激光器工作波长可通过种子源实现U波段内连续调谐。

所述的FBG刻蚀在普通多模/双包层光纤上，工作波长在U波段内根据实际需要灵活选取。其中一个FBG对工作波长激光高反(反射率>99.8％)，另一个FBG对工作波长激光部分反射(反射率为10％)。

所述的空间拉曼光纤激光器所用光纤两端的光纤头用铝制热沉进行散热处理。

所述的将泵浦光耦合到多模光纤或双包层光纤中的方法，全光纤的拉曼光纤激光器通过光纤间的熔接耦合，空间的拉曼光纤激光器通过准直-聚集透镜系统耦合。

本发明的优点在于：

1.克服Er:YAG在1645nm处增益带宽窄难以通过锁模来获得皮秒甚至更短的超快脉冲激光输出的缺点，通过拉曼频移、腔内反馈的方法获得工作在U波段高功率皮秒脉冲激光输出。

2.克服以单模光纤做增益介质的拉曼光纤激光器输出功率提升受限的不足，通过采用普通多模光纤或双包层光纤做增益介质获得高功率皮秒脉冲激光输出。

3.空间的拉曼光纤激光器工作波长可通过种子源实现U波段内连续调谐。

4.全光纤的拉曼光纤激光器的工作波长可根据实际需要通过在多模光纤/双包层光纤上刻蚀相应工作波长的FBG灵活地获得。

附图说明：

图1为本发明第1实施例的结构组成示意图。

图2为本发明第2实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

图1为一种典型的工作在U波段可调谐高功率皮秒脉冲激光产生方法的示意图。包括：一台工作在通信波段可调谐(1520-1570nm)的皮秒脉冲单模光纤激光器种子源1；一台普通掺铒光纤放大器(EDFA)2；准直透镜3；45度放置的对1520-1570nm泵浦光高透(>95％)、对1620-1680nm激光高反(反射率>99.8％)的双色镜4；聚集透镜5；铝制热沉6；标准多模光纤/双包层光纤7；铝制热沉8；对1520-1570nm泵浦光高透(>95％)、对1620-1680nm高反(反射率>99.8％)的双色镜9。所述的多模光纤/双包层光纤7入射端端面90度垂直切割，与双色镜9一起构成1645nm波长拉曼激光的光学谐振腔。产生的U波段拉曼激光由双色镜4反射输出。

实施例2：

如图2所示，本实施例与实施例1的不同点是：

实施例1是空间的拉曼光纤激光器，实施例2是全光纤结构的拉曼光纤激光器。包括：一台工作在1520-1570nm通信波段的皮秒脉冲单模光纤激光器种子源1；一台掺铒光纤放大器(EDFA)2；光纤布拉格光栅(FBG)3；普通多模光纤/双包层光纤4；光纤布拉格光栅(FBG)5；波分复用器6。所述的FBG3和5一起构成一阶拉曼激光的光学谐振腔。产生的一阶斯托克斯拉曼激光由波分复用器6输出。

Claims (8)

1.一种U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：将输出功率为-5～0dBm工作在1520-1570nm通信波段可调谐的锁模皮秒脉冲种子激光经过掺铒光纤放大器(EDFA)放大后，获得高功率的皮秒脉冲激光；输出的皮秒脉冲激光耦合到普通多模光纤或双包层光纤中，利用受激拉曼频移并通过腔内反馈获得U波段高功率脉冲宽度为皮秒量级的拉曼光纤激光。

2.根据权利要求1所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：所述的拉曼光纤激光器的泵浦源为EDFA。

3.根据权利要求1、2所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：EDFA输入的种子光为输出功率-5～0dBm工作在1520-1570nm通信波段可调谐的锁模皮秒脉冲激光光源。

4.根据权利1所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：U波段激光反馈是通过谐振腔反馈，可以基于一90度切割的光纤端面和一片体布拉格光栅(VBG)做成空间的拉曼光纤激光器，也可以基于一对光纤布拉格光栅(FBG)反馈做成全光纤的拉曼光纤激光器。

5.根据权利5所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：空间的拉曼光纤激光器谐振腔由90度垂直切割的光纤端面与一个对1520-1570nm的泵浦光高透(>95％)、对1620-1680nm激光高反(反射率>99.8％)的双色镜构成；全光纤的拉曼光纤激光器谐振腔由一对刻蚀在普通多模光纤/双包层光纤的FBG构成，工作波长在U波段内根据实际需要灵活选取，其中一个FBG对工作波长激光高反(反射率>99.8％)，另一个FBG对工作波长激光部分反射(反射率为10％)。

6.根据权利6所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：空间的拉曼光纤激光器所用光纤两端的光纤头用铝制热沉进行散热处理。

7.根据权利6所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：空间的拉曼光纤激光器波长的调谐通过种子源的调谐实现；全光纤的拉曼光纤激光器的工作波长可根据实际需要通过在普通多模光纤/双包层光纤上刻蚀相应工作波长的FBG灵活地获得。

8.根据权利1所述的U波段高功率皮秒脉冲激光产生方法，其特征在于：所用的光纤为纤芯直径50μm、外包层直径125μm、数值孔径0.2的普通多模光纤或单模纤芯、D型内包层的掺锗的双包层光纤。