CN106340796A - 一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及中红外激光技术领域，尤其涉及一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，包括顺次连接的第一激光泵浦源、第一凸透镜、二色镜、第二凸透镜、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤、第二激光泵浦源；第一稀土离子掺杂光纤首端刻写有第一光纤光栅，第一稀土离子掺杂光纤尾端与第二稀土离子掺杂光纤首端熔接，所述第二稀土离子掺杂光纤尾端刻写有第二光纤光栅，第二稀土离子掺杂光纤尾端熔接第二激光泵浦源尾纤，进而无需加入额外的器件，仅通过控制激光泵浦源开关便可实现中红外连续和脉冲光纤激光的灵活切换，大大简化了系统结构。

Description

一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器
技术领域
本发明涉及中红外激光技术领域，尤其涉及一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器。
背景技术
2～20μm中红外波段不仅包含两个重要的大气传输窗口，同时还覆盖了众多分子、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、民用以及科研领域都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。根据时域状态的不同，我们又可将其分为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，不同时域状态的激光对应不同的应用场景，而在一些特殊的领域，要求连续激光和脉冲激光可灵活切换。2013年，中国科学院上海光学精密机械研究所何兵等人提出了一种实现连续和自调Q可切换的全光纤激光输出方法【参见何兵胡曼周军刘厚康，连续/自调Q运转的全光纤激光器，201310471121.X】，然而该方法仅在近红外波段有效工作，且需要引入额外的温度控制器或应力控制器；而传统方法则需要采用一台中红外连续光纤激光器和一台中红外脉冲光纤激光器来达到目的，大大的增加了系统的复杂程度。
因此，现有技术中可实现连续激光和脉冲激光灵活切换的激光器存在系统结构复杂的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，解决了现有技术中可实现连续激光和脉冲激光灵活切换的激光器存在系统结构复杂的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，包括顺次连接的第一激光泵浦源、第一凸透镜、二色镜、第二凸透镜、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤、第二激光泵浦源；第一稀土离子掺杂光纤首端刻写有第一光纤光栅，第一稀土离子掺杂光纤尾端与第二稀土离子掺杂光纤首端熔接，所述第二稀土离子掺杂光纤尾端刻写有第二光纤光栅，第二稀土离子掺杂光纤尾端熔接第二激光泵浦源尾纤；
开启第一激光泵浦源，第一激光泵浦源产生的第一预设波长的激光由第一激光泵浦源尾纤输出，经第一凸透镜准直、二色镜的高透、第二凸透镜的耦合，进入第一稀土离子掺杂光纤，发生激光跃迁辐射，产生第二预设波长的连续激光，进入第二稀土离子掺杂光纤，经第二光纤光栅的反射，由第一光纤光栅输出并由二色镜引导输出第二预设波长的连续激光；在同时开启第一激光泵浦源和第二激光泵浦源时，第二激光泵浦源产生的第三预设波长的激光和由第一稀土离子掺杂光纤产生的第二预设波长的连续激光同时进入第二稀土离子掺杂光纤，发生激光跃迁辐射，使得第二稀土离子掺杂光纤变为对第二预设波长的连续激光的可饱和吸收体，从而由所述可饱和吸收体被动调Q，产生第二预设波长的脉冲激光，经第二光纤光栅的反射，由第一光纤光栅输出并由二色镜引导输出第二预设波长的脉冲激光。
进一步地，所述第一激光泵浦源为半导体激光器，第一预设波长的激光为976nm波长的激光。
进一步地，第二预设波长的激光具体为2.8μm波长的激光。
进一步地，第三预设波长的激光具体为2μm波长的激光
进一步地，所述第一稀土离子掺杂光纤具体为掺Er3+氟化物光纤。
进一步地，所述第二稀土离子掺杂光纤具体为掺Ho3+氟化物光纤。
进一步地，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均为布拉格均匀光纤光栅，第一光纤光栅的中心波长为2.8μm，对2.8μm波长的激光部分透射部分反射，第二光纤光栅的中心波长为2.8μm，对2.8μm波长的激光进行高反。
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Er3+氟化物光纤与掺Ho3+氟化物光纤相结合，利用氟化物光纤光栅作为谐振腔反馈，无需加入额外的器件，仅通过控制激光泵浦源开关便可实现中红外连续和脉冲光纤激光的灵活切换，大大简化了系统结构；
2、本发明利用2μm波长激光泵浦的掺Ho3+氟化物光纤作为可饱和吸收体，通过改变2μm波长激光功率大小，可灵活控制可饱和吸收体性能参数(如：可饱和光强、调制深度等)，从而改变脉冲性能参数(如：脉冲宽度、重复频率等)；
3、本发明所提出的连续和脉冲光纤激光切换方法具有良好的可移植性和拓展性，可根据实际的波长需求，灵活选择稀土离子掺杂光纤种类。
附图说明
图1为本发明实施例中连续和脉冲可切换的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连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，解决了现有技术中可实现连续激光和脉冲激光灵活切换的激光器存在系统结构复杂的技术问题。
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。
本发明提供的一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，如图1所示，包括顺次连接的第一激光泵浦源1、第一凸透镜3、二色镜4、第二凸透镜5、第一稀土离子掺杂光纤7、第二稀土离子掺杂光纤9、第二激光泵浦源13；第一稀土离子掺杂光纤7首端刻写有第一光纤光栅6，第一稀土离子掺杂光纤7尾端与第二稀土离子掺杂光纤9首端熔接，第二稀土离子掺杂光纤9尾端刻写有第二光纤光栅10，第二稀土离子掺杂光纤9尾端熔接第二激光泵浦源13尾纤。
具体地，该第一稀土离子掺杂光纤7尾端和第二稀土离子掺杂光纤首端熔接点为8，该第二稀土离子掺杂光纤9与第二激光泵浦源13尾纤熔接点为11。
在具体的实施方式中，该第一激光泵浦源1具体为半导体激光器，产生的第一预设波长的激光具体为976nm波长的激光。
该第二预设波长的激光具体为2.8μm波长的激光，该第三预设波长的激光具体为2μm波长的激光。
该第一稀土离子掺杂光纤6具体为掺Er3+氟化物光纤，能够在976nm波长的激光的激发作用下，发生激光跃迁辐射，产生2.8μm波长的激光。
该第二稀土离子掺杂光纤9具体为掺Ho3+氟化物光纤，能够在2μm波长的激光激发作用下，使得该第二稀土离子掺杂光纤成为可饱和吸收体，使得该饱和吸收体被动调Q，将2.8μm波长的连续激光变为2.8μm波长的脉冲激光。
该第一光纤光栅6和第二光纤光栅10均为布拉格均匀光纤光栅，该第一光纤光栅的中心波长为2.8μm，对2.8μm波长的激光部分透射部分反射，第二光纤光栅的中心波长为2.8μm，对2.8μm波长的激光进行高反。
在具体的实施方式中，开启第一激光泵浦源1，第一激光泵浦源1产生的第一预设波长的激光由第一激光泵浦源1尾纤输出，经第一凸透镜3准直、二色镜4的高透、第二凸透镜5的耦合，进入第一稀土离子掺杂光纤7，发生激光跃迁辐射，产生第二预设波长的连续激光，进入第二稀土离子掺杂光纤9，经第二光纤光栅10的反射，由第一光纤光栅6输出并由二色镜4引导输出第二预设波长的连续激光；在同时开启第一激光泵浦源1和第二激光泵浦源13时，第二激光泵浦源尾纤12输出的第三预设波长的激光以及由第一稀土离子掺杂光纤6产生的第二预设波长的连续激光同时进入第二稀土离子掺杂光纤9，使得第二稀土离子掺杂光纤9变为对第二预设波长的激光的可饱和吸收体，从而由该可饱和吸收体被动调Q，产生第二预设波长的脉冲激光，经第二光纤光栅的反射，由第一光纤光栅输出并由二色镜引导输出第二预设波长的脉冲激光。从而实现了对连续激光和脉冲激光的可切换。
上述发生的激光跃迁辐射如下：
在976nm波长激光对第一稀土离子掺杂光纤的作用下，144I15/2能级上的粒子通过174I15/2→4I11/2能级跃迁过程被抽运到164I11/2能级上，随着976nm波长激光功率增大，当164I11/2能级与15I13/2能级达到粒子数反转条件时，184I11/2→4I13/2能级跃迁过程发生，产生2.8μm波长连续激光。
在2μm波长激光的对第二稀土离子掺杂光纤的作用下，195I8能级上的粒子通过225I8→5I7能级跃迁过程被抽运到205I7能级上；在2.8μm波长连续激光的作用下，205I7能级上的粒子通过235I7→5I6能级跃迁过程被进一步抽运到215I6能级上，并通过245I6→5I7能级跃迁过程释放回205I7能级上，具体来说，当2.8μm波长激光较弱时，205I7能级上的粒子通过235I7→5I6能级跃迁过程被抽运到215I6能级上，具有2.8μm波长激光吸收作用，当2.8μm波长激光较强时，205I7能级上的粒子被抽空，将不再具备对2.8μm波长激光的吸收作用，从而实现可饱和吸收体。
因此，仅仅通过控制第一激光泵浦源1和第二激光泵浦源13的开关，便可使2.8μm波长激光在连续和脉冲状态间灵活切换。
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 (7)

1.一种连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特征在于，包括顺次连接的第一激光泵浦源、第一凸透镜、二色镜、第二凸透镜、第一稀土离子掺杂光纤、第二稀土离子掺杂光纤、第二激光泵浦源；第一稀土离子掺杂光纤首端刻写有第一光纤光栅，第一稀土离子掺杂光纤尾端与第二稀土离子掺杂光纤首端熔接，所述第二稀土离子掺杂光纤尾端刻写有第二光纤光栅，第二稀土离子掺杂光纤尾端熔接第二激光泵浦源尾纤；
开启第一激光泵浦源，第一激光泵浦源产生的第一预设波长的激光由第一激光泵浦源尾纤输出，经第一凸透镜准直、二色镜的高透、第二凸透镜的耦合，进入第一稀土离子掺杂光纤，发生激光跃迁辐射，产生第二预设波长的连续激光，进入第二稀土离子掺杂光纤，经第二光纤光栅的反射，由第一光纤光栅输出并由二色镜引导输出第二预设波长的连续激光；在同时开启第一激光泵浦源和第二激光泵浦源时，第二激光泵浦源产生的第三预设波长的激光和由第一稀土离子掺杂光纤产生的第二预设波长的连续激光同时进入第二稀土离子掺杂光纤，使得第二稀土离子掺杂光纤变为对第二预设波长的连续激光的可饱和吸收体，从而由所述可饱和吸收体被动调Q，产生第二预设波长的脉冲激光，经第二光纤光栅的反射，由第一光纤光栅输出并由二色镜引导输出第二预设波长的脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特征在于，所述第一激光泵浦源为半导体激光器，第一预设波长的激光为976nm波长的激光。
3.根据权利要求1所述的连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特征在于，第二预设波长的激光具体为2.8μm波长的激光。
4.根据权利要求1所述的连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特征在于，第三预设波长的激光具体为2μm波长的激光。
5.根据权利要求1所述的连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特 征在于，所述第一稀土离子掺杂光纤具体为掺Er3+氟化物光纤。
6.根据权利要求1所述的连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特征在于，所述第二稀土离子掺杂光纤具体为掺Ho3+氟化物光纤。
7.根据权利要求1所述的连续和脉冲可切换的中红外光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅均为布拉格均匀光纤光栅，第一光纤光栅的中心波长为2.8μm，对2.8μm波长的激光部分透射部分反射，第二光纤光栅的中心波长为2.8μm，对2.8μm波长的激光进行高反。
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