CN106329296A - 一种瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤激光器，具体涉及一种瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，包括泵浦源和激光器谐振腔；激光器谐振腔包括高反射率光纤布拉格光栅、波分复用器、掺铥石英光纤和低反射率光纤布拉格光栅。本发明通过对掺铥石英光纤的长度和低反射率光纤布拉格光栅反射率进行优化，同时在光纤激光器谐振腔两端端面做斜角处理，很好地解决了信号光的再吸收和ASE的抑制等问题，得到了有效的1.7μm激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器，具体涉及一种瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器。
背景技术
近年来，随着1.7微米波段的应用被慢慢开发出来后，人们对1.7μm掺铥光纤激光器产生了较大的兴趣。与之前常用的短波段(808nm，1.3μm)相比，此长波段能减少光在生物组织中的瑞利散射。除此之外，水在该波段的吸收很少，因此1.7μm波段在OCT成像方面有着很好的应用前景。另外CH键在1.7μm附近有很强的吸收峰，因此它还可以用于皮脂腺的激光手术和一些高密度聚合物的焊接。除了这些直接应用外，1.7μm波段还可以用作中红外3-5μm波段的有效泵浦源。
掺铥的石英光纤激光器是得到1.7μm波段的重要途径，由于Tm3+中存在3F4→3H6的跃迁，可以产生1650nm-2200nm的超宽发光范围。但由于掺铥光纤激光器属于准三能级系统，因而在激光产生过程中存在短波长激光再吸收现象。除此之外，由于1.7μm波段处于Tm3+荧光光谱边缘，荧光中心波长处的ASE极易导致1.7μm波长处增益饱和。要实现1.7μm激光的有效操作，必须有效的解决上述问题。
发明内容
为了解决现有的掺铥光纤激光器存在短波长激光再吸收现象以及容易导致1.7μm波长处增益饱和的技术问题，本发明提供一种瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器。
本发明的技术解决方案是：一种瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特殊之处在于：包括泵浦源和激光器谐振腔；所述激光器谐振腔包括高反射率光纤布拉格光栅、波分复用器、掺铥石英光纤和低反射率光纤布拉格光栅；所述波分复用器的泵浦臂与泵浦源熔接；所述波分复用器的信号注入端与高反射率光纤布拉格光栅一端熔接，高反射率光纤布拉格光栅的另一端熔接光纤跳线接头a；所述波分复用器的合束端与掺铥石英光纤一端熔接，掺铥石英光纤的另一端与低反射率光纤布拉格光栅一端熔接，低反射率光纤布拉格光栅的另一端熔接光纤跳线接头b；所述低反射率光纤布拉格光栅的输出光路上设置有滤波片。
上述高反射率光纤布拉格光栅的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.8％。
上述低反射率光纤布拉格光栅的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率为12％～36％。
上述高反射率光纤布拉格光栅的透射光谱与所述低反射率光纤布拉格光栅的透射光谱有重叠部分，所述泵浦源的输出波长以及线宽与所述重叠部分相吻合。通过定量的控制两光纤布拉格光栅间透过光谱的重叠部分可以窄化输出激光的线宽。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过对掺铥石英光纤的长度和低反射率光纤布拉格光栅反射率进行优化，同时在光纤激光器谐振腔两端端面做斜角处理(对光纤端面切八度角，防止一些寄生激光的产生)，很好地解决了信号光的再吸收和ASE的抑制等问题，得到了有效的1.7μm激光输出。
(2)本发明通过定量的控制两光纤布拉格光栅间透过光谱的重叠部分可以窄化输出激光的线宽。
(3)本发明为全光纤结构，结构设计简单紧凑，插入损耗低，稳定性好，效率高。
附图说明
图1为本发明的石英光纤激光器结构示意图；
图2为本发明的石英光纤激光器输出激光光谱图；
图3为本发明的激光输出功率和泵浦光功率的关系图。
具体实施方式
参见图1，本发明的石英光纤激光器结构包括泵浦源1、波分复用器2、掺铥石英光纤3、低反射率光纤布拉格光栅4、高反射率光纤布拉格光栅5、光纤跳线接头a 6、光纤跳线接头b 7和滤波片8。其中波分复用器2的泵浦臂、信号注入端和合束端分别对应熔接泵浦源1、高反射率光纤布拉格光栅5和掺铥石英光纤3；掺铥石英光纤3的另一端与低反射率光纤布拉格光栅4熔接；低反射率光纤布拉格光栅5、波分复用器2、掺铥石英光纤3、高反射率光纤布拉格光栅5组成激光谐振腔；两个光纤布拉格光栅的另一端均与光纤跳线接头熔接；低反射率光纤布拉格光栅4的输出光路上设置滤波片8。
泵浦源1可以采用IPG Laser公司生产的1550nm掺铒光纤激光器，最大输出功率为20W；波分复用器2的工作波长为1550/1710±10nm，最大插入损耗≤0.2dB；掺铥石英光纤3的纤芯和内包层的半径分别为10.2μm和127μm，数值孔径为0.217，长度为200mm，且端面为正八边形；低反射率光纤布拉格光栅4的中心波长为1706.7nm，半高宽FWHM小于0.5nm，反射率为24.1％；高反射率光纤布拉格光栅5的中心波长为1707.21nm，半高宽FWHM小于0.5nm，相对反射率大于99.8％。光纤跳线接头a 6和光纤跳线接头b 7均为APC头；滤波片8在1530～1570nm波长范围内高反射，在1650～2050nm波长范围内高透射。
激光器谐振腔的一端为低反射率光纤布拉格光栅4，另一端为高反射率光纤布拉格光栅5。1550nm的泵浦光通过波分复用器2耦合进掺铥石英光纤3中，形成粒子数反转分布，Tm3+在能级3H6～3F4之间跃迁，产生1.7μm波段范围的受激辐射，再通过谐振腔的振荡放大形成稳定的激光。
通过不断优化上述掺铥石英光纤3的长度至200mm，可以有效地减少信号光在掺铥石英增益光纤中的再吸收现象；通过激光器谐振腔两端的APC光纤跳线接头，再结合低反射率光纤布拉格光栅4和高反射率光纤布拉格光栅5高效的波长选择性，可以有效的减弱由于荧光中心波长处的ASE导致的1.7μm波长处的增益饱和效应。
通过该结构可以获得有效的瓦级1.707μm窄线宽激光输出。光谱仪在谐振腔高反射率光纤布拉格光栅5一端检测激光光谱，测得的激光光谱如图2所示。在激光输出光路上设置有滤波片8，将输出光中残留的泵浦光给过滤掉；如图3所示是1707nm激光输出功率与泵浦光功率的关系图。由图可知，实验中获得最大输出功率为1.28W。
Claims (10)
1.一种瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源和激光器谐振腔；所述激光器谐振腔包括高反射率光纤布拉格光栅、波分复用器、掺铥石英光纤和低反射率光纤布拉格光栅；
所述波分复用器的泵浦臂与泵浦源熔接；
所述波分复用器的信号注入端与高反射率光纤布拉格光栅一端熔接，高反射率光纤布拉格光栅的另一端熔接光纤跳线接头a；
所述波分复用器的合束端与掺铥石英光纤一端熔接，掺铥石英光纤的另一端与低反射率光纤布拉格光栅一端熔接，低反射率光纤布拉格光栅的另一端熔接光纤跳线接头b；
所述低反射率光纤布拉格光栅的输出光路上设置有滤波片。
2.根据权利要求1所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述高反射率光纤布拉格光栅的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率大于99.8％。
3.根据权利要求1所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述低反射率光纤布拉格光栅的中心波长为1700nm～1720nm，半高宽小于0.5nm，反射率为12％～36％。
4.根据权利要求1-3中任一所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述高反射率光纤布拉格光栅的透射光谱与所述低反射率光纤布拉格光栅的透射光谱有重叠部分，所述泵浦源的输出波长以及线宽与所述重叠部分相吻合。
5.根据权利要求4所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述掺铥石英光纤端面为正八边形。
6.根据权利要求5所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述掺铥石英光纤的长度为80-250mm。
7.根据权利要求6所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述掺铥石英光纤的长度为200mm。
8.根据权利要求4所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源为掺铒光纤激光器。
9.根据权利要求4所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述光纤跳线接头a和光纤跳线接头b为APC头。
10.根据权利要求4所述的瓦级1.7μm窄线宽全光纤掺铥石英光纤激光器，其特征在于：所述滤波片在1530～1570nm波长范围内高反射，在1650～2050nm波长范围内高透射。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170111 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |