CN106299986B - 一种全光纤波长可选的双波长被动调q中红外光纤激光器 - Google Patents

一种全光纤波长可选的双波长被动调q中红外光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及中红外激光技术领域，尤其涉及一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，包括激光泵浦源、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤；激光泵浦源的尾纤熔接第一稀土离子掺杂光纤首端，第一稀土离子掺杂光纤尾端熔接第二稀土离子掺杂光纤首端；在第一稀土离子掺杂光纤首端顺次设置第一光纤光栅、第二光纤光栅，在第二稀土离子掺杂光纤尾端顺次设置第三光纤光栅、第四光纤光栅，进而输出波长大于4μm的调Q脉冲光纤激光。

Description

一种全光纤波长可选的双波长被动调Q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，尤其涉及一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器。
背景技术
3～5μm中红外波段不仅是重要的大气传输窗口，同时还覆盖了众多重要分子、原子、化学键的吸收峰，因此波长位于该区间的中红外激光源在军用、民用以及科研领域具有重要应用的前景。光纤激光器作为一种新型激光器类型，相比传统激光器如：固体激光器、气体激光器、半导体激光器等，具有转化效率高、散热良好、光束质量好、易于集成等一系列优势，因此，发展高性能的中红外光纤激光器具有重要的科学意义和应用价值。相比连续激光，中红外脉冲光纤激光因具有更高能量、峰值功率以及更窄的时域宽度，在材料加工、红外对抗、微创手术等领域具有更加重要的应用前景。目前，脉冲光纤激光输出的方法主要分为两类：(1)主动调制(主动调Q、主动锁模)；(2)被动调制(被动调Q、被动锁模)，相比主动调制，被动调制结构更加简单紧凑，所以更利于实际应用。2015年，电子科技大学李剑峰等人利用Fe2+：ZnSe晶体作为可饱和吸收体率实现波长超过3μm的脉冲激光输出(3.004μm)；2016年，我们提出了将增益调制和双波长级联泵浦相结合实现3.2～3.9μm波长可调谐的光纤激光输出新方案。然而至今为止，还难以在波长超过4μm的中红外波段实现脉冲光纤激光输出，尤其是双波长脉冲光纤激光输出。
发明内容
本发明实施例提供了一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，解决了现有技术中难以实现波长超过4μm的双波长脉冲光纤激光的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，包括激光泵浦源、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤；激光泵浦源的尾纤熔接第一稀土离子掺杂光纤首端，第一稀土离子掺杂光纤尾端熔接第二稀土离子掺杂光纤首端；在第一稀土离子掺杂光纤首端顺次设置第一光纤光栅、第二光纤光栅，在第二稀土离子掺杂光纤尾端顺次设置第三光纤光栅、第四光纤光栅，
激光泵浦源产生的预设波长的激光经第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤和第三光纤光栅构成的第一谐振腔，发生激光跃迁辐射，产生λ1波长光纤激光，在第二光纤光栅、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤、第三光纤光栅和第四光纤光栅构成的第二谐振腔中发生激光跃迁辐射，产生λ2波长光纤激光，所述第二稀土离子掺杂光纤基于可饱和特性对λ1和λ2双波长光纤激光进行调Q，从而分别由第三光纤光栅和第四光纤光栅输出λ1和λ2波长的调Q脉冲光纤激光。
进一步地，所述激光泵浦源为掺Tm3+光纤激光器，用于产生2μm波长激光。
进一步地，所述第一光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ1，λ1为4～4.4μm区间内的一个波长，所述第一光纤光栅对λ1波长激光高反。
进一步地，所述第二光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ2，λ2为4.4～5μm区间内的一个波长，所述第二光纤光栅对λ2波长激光高反。
进一步地，所述第一稀土离子掺杂光纤具体为掺Pr3+硫化物光纤。
进一步地，所述第二稀土离子掺杂光纤具体为掺Tb3+硫化物光纤。
进一步地，所述第三光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ1，所述第三光纤光栅对λ1波长激光半透部分透射部分反射。
进一步地，所述第四光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ2，所述第四光纤光栅对λ2波长激光部分透射部分反射。
本发明实施例至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明将掺Pr3+硫化物光纤级联能级的中红外辐射潜力与掺Tb3+硫化物光纤在该波段的可饱和吸收特性相结合，实现双波长调Q脉冲光纤激光输出，不仅可实现波长大于4μm的双波长脉冲光纤激光输出，同时保证了系统的全光纤化，大大简化系统结构。
2、本发明提出的产生全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光的方案具有良好的可移植性和可拓展性，可根据实际的波长需求，灵活改变光纤光栅中心波长以及增益光纤的种类。
附图说明
图1为本发明实施例中全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例中第一稀土离子掺杂光纤发生激光跃迁辐射的示意图；
图3为本发明实施例中第二稀土离子掺杂光纤发生激光跃迁辐射的示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，解决了现有技术中难以实现波长超过4μm的双波长脉冲光纤激光的技术问题。
为了解决上述技术问题，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明提供的一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，如图1所示，包括激光泵浦源1、第一稀土离子掺杂光纤6、第二稀土离子掺杂光纤8，该激光泵浦源1的尾纤2熔接第一稀土离子掺杂光纤6首端，形成第一光纤熔接点3，该第一稀土离子掺杂光纤6尾端熔接第二稀土离子掺杂光纤8首端，形成第二光纤熔接点7，该第一稀土离子掺杂光纤6首端顺次设置第一光纤光栅4、第二光纤光栅5，在第二稀土离子掺杂光纤8尾端顺次设置第三光纤光栅9、第四光纤光栅10。
在具体的实施方式中，该激光泵浦源1具体为掺Tm3+光纤激光器，用于产生2μm波长激光，该预设波长激光具体就是2μm波长激光。该第一光纤光栅4具体为均匀光纤光栅，中心波长为为λ1，λ1为4～4.4μm区间内的一个波长，该第一光纤光栅4对λ1波长激光高反。该第二光纤光栅5具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ2，λ2为4.4～5μm区间内的一个波长，第二光纤光栅5对λ2波长激光高反。该第三光纤光栅9也是均匀光纤光栅，中心波长为λ1，该第三光纤光栅对λ1波长激光半透部分透射部分反射。第四光纤光栅10也是均匀光纤光栅，中心波长为λ2，该第四光纤光栅对λ2波长激光部分透射部分反射。第一稀土离子掺杂光纤具体为掺Pr3+硫化物光纤，该第二稀土离子掺杂光纤具体为掺Tb3+硫化物光纤。
该激光泵浦源产生的2μm波长的激光经第一光纤光栅4、第二光纤光栅5、第一稀土离子掺杂光纤6、第二稀土离子掺杂光纤8和第三光纤光栅构成为第一谐振腔，发生激光跃迁辐射，如图2所示，上述过程的对应的能级跃迁过程为：113H4能级上的粒子吸收2μm波长激光通过143H4→33F2,3H6能级跃迁过程被抽运到133F2,3H6能级上，随着泵浦功率增加，133F2,3H6能级上的粒子数增多，当133F2,3H6能级和123H5能级达到粒子数反转条件时，便会通过153F2,3H6→3H5能级跃迁过程将粒子释放到123H5能级上，同时产生λ1波长连续激光。然后继续增加泵浦功率，在第二光纤光栅5、第一稀土离子掺杂光纤6、第二稀土离子掺杂光纤8、第三光纤光栅9和第四光纤光栅10组成的第二谐振腔中产生λ2波长连续激光，其中该第二谐振腔反馈由第二光纤光栅5和第四光纤光栅10组成，上述过程的对应的能级跃迁过程为：继续增加泵浦功率，113H4能级上更多的粒子会被抽运到133F2,3H6能级，从而使123H5能级上的粒子数也相应增多，当123H5能级与113H4能级间达到粒子数反转条件时，123H5能级上的粒子便会通过163H5→3H4能级跃迁过程将粒子释放到113H4能级，同时产生λ2波长连续激光。
在上述连续激光产生过程中，第二稀土离子掺杂光纤8将基于可饱和吸收特性对λ1和λ2波长连续激光进行调Q，从而分别由第三光纤光栅9和第四光纤光栅10输出λ1和λ2波长调Q脉冲光纤激光，如图3所示，上述过程所对应的能级跃迁过称为：177F6能级上的粒子吸收λ1和λ2波长连续激光，通过197F6→7F5能级跃迁过程被抽运到187F5能级上，并通过207F5→7F6能级跃迁过程将粒子释放回177F6能级上，当λ1和λ2波长连续激光过强时，由于177F6能级上粒子不足，掺Tb3+硫化物光纤将不再具有λ1和λ2波长连续激光的吸收功能，从而达到饱和状态；当λ1和λ2波长连续激光较弱时，由于187F5能级上粒子被再次释放回177F6能级，因此掺Tb3+硫化物光纤将再次具备λ1和λ2波长连续激光吸收功能，该过程即为可饱和吸收过程，基于该过程对λ1和λ2波长连续激光进行周期性的Q调制，从而产生λ1和λ2波长脉冲激光。
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 (8)

1.一种全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，包括激光泵浦源、第一光纤光栅和第四光纤光栅，其特征在于，还包括第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤；激光泵浦源的尾纤熔接第一稀土离子掺杂光纤首端，第一稀土离子掺杂光纤尾端熔接第二稀土离子掺杂光纤首端；在第一稀土离子掺杂光纤首端顺次设置第一光纤光栅、第二光纤光栅，在第二稀土离子掺杂光纤尾端顺次设置第三光纤光栅、第四光纤光栅；
激光泵浦源产生的预设波长的激光经第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤和第三光纤光栅构成的第一谐振腔，发生激光跃迁辐射，产生λ1波长光纤激光，在第二光纤光栅、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤、第三光纤光栅和第四光纤光栅构成的第二谐振腔中发生激光跃迁辐射，产生λ2波长光纤激光，所述第二稀土离子掺杂光纤基于可饱和特性对λ1和λ2双波长光纤激光进行调Q，从而分别由第三光纤光栅和第四光纤光栅输出λ1和λ2波长的调Q脉冲光纤激光。
2.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述激光泵浦源为掺Tm3+光纤激光器，用于产生2µm波长激光。
3.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ1，λ1为4~4.4µm区间内的一个波长，所述第一光纤光栅对λ1波长激光高反。
4.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述第二光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ2，λ2为4.4~5µm区间内的一个波长，所述第二光纤光栅对λ2波长激光高反。
5.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述第一稀土离子掺杂光纤具体为掺Pr3+硫化物光纤。
6.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述第二稀土离子掺杂光纤具体为掺Tb3+硫化物光纤。
7.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述第三光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ1，所述第三光纤光栅对λ1波长激光半透部分透射部分反射。
8.根据权利要求1所述的全光纤波长可选的双波长被动调Q中红外光纤激光器，其特征在于，所述第四光纤光栅具体为均匀光纤光栅，中心波长为λ2，所述第四光纤光栅对λ2波长激光部分透射部分反射。
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