CN104934843A - 一种全光纤化的中红外高能被动调q光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中红外激光技术领域，解决了现有技术中存在所采用的中红外被动调Q光纤激光器在输出3μm波段中红外激光光源时，输出的激光光源能量低、输出效率低的技术问题，通过提供一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器，包括：顺序连接的随机激光泵浦源、双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤、单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤，所述双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤前端刻写有第一氟化物光纤光栅，所述单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤末端刻写有第二氟化物光纤光栅，在所述第一氟化物光纤光栅与所述第二氟化物光纤光栅之间构成谐振腔，进而实现了能够输出高能量和高效率的3μm波段中红外激光的技术效果。

Description

一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器

技术领域

本发明涉及中红外激光技术领域，尤其涉及一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器。

背景技术

近年来，在3μm波段中红外脉冲激光光源因其在军事、民用以及科研等领域的广泛应用，受到了广大研究学者的重视。3μm波段中红外激光光源不仅可应用于国防中的激光对抗，还可应用于气体传感和环境监测等。相对于连续激光来说，调Q脉冲激光可以在不太高的平均功率下获得较高的峰值功率，因此其应用更为广泛。

在各种产生中红外激光的方法中，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。

而目前的中红外被动调Q光纤激光器，一般其采用1150nm或793nm的半导体激光泵浦源，需要空间耦合泵浦光，耦合效率不高，稳定性较差。此外，目前的中红外被动调Q光纤激光器中的可饱和吸收介质一般为半导体可饱和吸收镜、石墨烯或晶体等块体材料，可集成度低，不能实现全光纤结构的高功率和高能量的调Q脉冲激光输出，大大地限制了中红外光纤激光器的实际应用。

因此，现有技术中存在所采用的中红外被动调Q光纤激光器在输出3μm波段中红外激光光源时，输出的激光光源能量低、输出效率低的技术问题。

发明内容

本发明实施例通过提供一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器，解决了现有技术中采用的中红外被动调Q光纤激光器在输出3μm波段中红外激光光源时，输出的激光光源能量低、输出效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器，包括：顺序连接的随机激光泵浦源、双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤、单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤，所述双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤前端刻写有第一氟化物光纤光栅，所述单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤末端刻写有第二氟化物光纤光栅，在所述第一氟化物光纤光栅与所述第二氟化物光纤光栅之间构成谐振腔；

所述随机激光泵浦源产生预设波长的连续泵浦光，所述连续泵浦光通过所述第一氟化物光纤光栅高透后耦合输入到双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤的内包层中，使得Ho³⁺离子的能级跃迁对应产生3μm波长的跃迁辐射，以实现输出波长为3μm的连续激光，所述连续激光输入所述单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤中，所述第二氟化物光纤光栅用于输出一部分的3μm波长的脉冲激光，并将其余的脉冲激光反射回所述谐振腔。

进一步地，所述预设波长具体为1150nm的波长。

采用本发明中的一个或者多个技术方案，具有如下有益效果：

由于在全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器中，采用顺序连接的随机激光泵浦源、双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤、单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤，该双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤前端刻写有第一氟化物光纤光栅，该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤末端刻写有第二氟化物光纤光栅，在该第一氟化物光纤光栅与该第二氟化物光纤光栅之间构成该谐振腔，其中该随时激光泵浦源产生预设波长的连续泵浦光，该连续泵浦光通过该第一氟化物光纤光栅高透后耦合输入双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤的内包层中，使得Ho³⁺离子的能级跃迁对应产生3μm波长的跃迁辐射，以实现输出波长为3μm的连续激光，该连续激光输入单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤中，第二氟化物光纤光栅用于输出一部分的3μm波长的脉冲激光，并将其余的脉冲激光反射回谐振腔，解决了现有技术中采用的中红外被动调Q光纤激光器在输出3μm波段中红外激光光源时，输出激光光源能量低、输出效率低的技术问题，进而实现了能够输出高能量和高效率的3μm波段中红外激光的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例中全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例中双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤中Ho³⁺的部分能级示意图；

图3为本发明实施例中单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤中Dy³⁺的部分能级示意图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种全光纤化的红外高能被动调Q光纤激光器，解决了现有技术中采用的中红外被动调Q光纤激光器在输出3μm波段中红外激光光源时，输出的激光光源能量低、输出效率低的技术问题，进而实现了能够输出高能量和高效率的3μm波段中红外激光的效率的技术效果。

为了解决上述现有技术中采用的中红外被动调Q光纤激光器在输出3μm波段中红外激光光源时，输出激光光源能量低、输出效率低的技术问题，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器，如图1所示，包括：顺序连接的随机激光泵浦源1、双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤3以及单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤4，在该双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤3前端刻写有第一氟化物光纤光栅2，该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤末端刻写有第二氟化物光纤光栅5，其中，该第一氟化物光纤光栅FBG₁2与该第二氟化物光纤光栅FBG₂5之间构成谐振腔。

在具体的实施方式中，该全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器的工作过程具体如下：

该随机激光泵浦源1产生预设波长的连续泵浦光，该预设波长具体为1150nm的波长，该连续泵浦光通过该第一氟化物光纤光栅FBG₁2高透后耦合输入双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤3的内包层中，具体地，该第一氟化物光纤光栅FBG₁2具有对泵浦光高通的特性，也就是说，该1150nm波长的连续泵浦光能够全部透过该第一氟化物光纤光栅FBG₁2进入该双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤3的内包层。如图2所示，在该双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤3中，当该随机光纤激光泵浦源1泵浦开始时，能够使得位于能级⁵I₈8上的Ho³⁺离子通过基态吸收被抽运到能级⁵I₆6上，这个过程由1150nm泵浦光的泵浦作用9下形成，在达到泵浦阈值后形成粒子数反转，从而在能级⁵I₆6和能级⁵I₇7之间形成3μm的跃迁辐射10，以实现输出波长为3μm的连续激光。

然后，该连续激光输入该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤4中，该第二氟化物光纤光栅FBG₂5用于输出3μm波长的脉冲激光，并将其余的脉冲激光反射回该谐振腔。

具体的，如图3所示，连续激光输入该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤4中时，使得位于能级⁶H_15/212上的Dy³⁺离子通过基态吸收被抽运到能级⁶H_13/211上，这个过程称为吸收过程13，在该随机激光泵浦源1达到饱和泵浦阈值之后，使得透过第二氟化物光纤光栅5输出一部分3μm波长的脉冲激光，这个过程产生弛豫过程14，另外，其余的脉冲激光则反射回该谐振腔内。

在上述连续激光输入该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤中时，由于该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤为可饱和吸收介质，能够提高可饱和吸收介质的损伤阈值，从而能够达到稳定输出3μm波段高能调Q脉冲激光的目的，而且，由第一氟化物光纤光栅FBG₁2与第二氟化物光纤光栅FBG₂5构成的谐振腔中，该第一氟化物光纤光栅FBG₁2对泵浦光具有高通，对激光具有高反的特性，因此，该第一氟化物光纤光栅FBG₁2用于构成该谐振腔的高反镜，该第二氟化物光纤光栅FBG₂5对激光具有低反的特性，因此，该第二氟化物光纤光栅5用于构成谐振腔的低反镜，这样，由该双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤3输出的连续激光输入该单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤4后，透过该第二光纤光栅FBG₂5输出一部分3μm的脉冲激光，其余的脉冲激光在第一光纤光栅FBG₁2与第二光纤光栅FBG₂5之间来回反射，从而提供反馈能量。

通过上述由随机激光泵浦源泵浦产生连续泵浦光，通过第一氟化物光纤光栅高透后耦合输入双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤的内包层中，输出波长为3μm的连续激光，然后，该连续激光输入单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤中，接着该第二氟化物光纤光栅用于输出一部分3μm波长的脉冲激光，将其余的脉冲激光反射回谐振腔中，由于采用该随机光纤泵浦源，避开传统的中红外光纤激光器中采用半导体激光器作泵浦源需要空间耦合泵浦光的问题，实现了激光器的全光纤化结构，提高了耦合效率，高效率的实现了高功率中红外调Q脉冲激光的输出。同时，采用单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤，有效解决了传统的中红外调Q光纤激光器中可饱和吸收介质损伤阈值低，不能全光纤化的问题，进而实现了高能量的中红外调Q脉冲激光的输出。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器，其特征在于，包括：顺序连接的随机激光泵浦源、双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤、单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤，所述双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤前端刻写有第一氟化物光纤光栅，所述单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤末端刻写有第二氟化物光纤光栅，在所述第一氟化物光纤光栅与所述第二氟化物光纤光栅之间构成谐振腔；

所述随机激光泵浦源产生预设波长的连续泵浦光，所述连续泵浦光通过所述第一氟化物光纤光栅高透后耦合输入到双包层掺Ho³⁺ZBLAN光纤的内包层中，使得Ho³⁺离子的能级跃迁对应产生3μm波长的跃迁辐射，以实现输出波长为3μm的连续激光，所述连续激光输入所述单包层掺Dy³⁺ZBLAN光纤中，所述第二氟化物光纤光栅用于输出一部分的3μm波长的脉冲激光，并将其余的脉冲激光反射回所述谐振腔。

2.根据权利要求1所述的全光纤化的中红外高能被动调Q光纤激光器，其特征在于，所述预设波长具体为1150nm的波长。