CN106374327B - 中红外多波段全光纤软玻璃激光器及获得激光的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中红外多波段全光纤软玻璃激光器及利用该激光器获得中红外多波段光纤激光的方法，激光器包括依次连接的激光泵浦源、激光泵浦源尾纤、第一光纤熔接点、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一稀土离子掺杂光纤、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第二光纤熔接点、第五光纤光栅、第六光纤光栅、第七光纤光栅、第八光纤光栅、第二稀土离子掺杂光纤、第九光纤光栅、第十光纤光栅、第十一光纤光栅、第十二光纤光栅；本发明采用半导体激光器泵浦的双波段级联掺Ho3+氟化物光纤激光器作为泵浦源，环形复合芯结构的Pr3+，Tb3+共掺硫化物光纤作为增益介质，硫化物光纤光栅阵列作为谐振腔反馈及输出耦合，可在全光纤结构下实现3.7μm，4.89μm，5.1μm，7.5μm四个波段光纤激光同时输出。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域，尤其是一种中红外多波段全光纤软玻璃激光器及利用该激光器获得中红外多波段光纤激光的方法。
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(3～5μm和8～12μm)，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生物医疗、材料加工、大气通信、气体检测、红外对抗等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。随着石英光纤拉制工艺的不断成熟，2μm波段光纤激光器取得了迅猛的发展，目前已经在实验上实现了千瓦量级光纤激光输出，然而波长更长的光纤激光器发展相对缓慢。众所周知，石英光纤最大声子能量高达1100cm-1，当波长大于2.2μm时，激光呈高损传输，且该损耗会随着波长的增大呈指数式增长，因此对于波长更长的中红外波段，必须采用声子能量更低的基质材料。目前，中红外波段长波长区域最为常用的光纤基质材料主要是氟化物和硫化物两种，其中，氟化物玻璃光纤典型的声子能量为600cm-1，其最长通光波长为5μm，而硫化物光纤典型的声子能量为300cm-1，其最长通光波长可达10μm。近年来，国际上涌现出大量中红外氟化物和硫化物光纤激光器的相关报道，在中红外氟化物光纤激光方面：2009年，日本京都大学Shigeki Tokita等人在全水冷情况下实现了功率达24W的2.8μm掺Er3+氟化物光纤激光输出；2011年，电子科技大学李剑峰等人利用级联掺Ho3+氟化物光纤作为增益介质，率先在室温条件下实现了波长超过3μm(3.002μm)的光纤激光输出，同时该系统还可输出2μm波段的光纤激光输出；2015年，加拿大拉瓦尔大学Vincent Fortin等人利用自制的氟化物光纤光栅作为谐振腔反馈，在全光纤结构下实现了输出功率高达30W的2.94μm掺Er3+氟化物光纤激光输出，这也是目前该波段光纤激光器的最高功率水平；2014年，澳大利亚阿德莱德大学Ori Henderson-Sapir等人采用985nm和1973nm双波长级联泵浦掺Er3+氟化物光纤的方法率先实现了波长远超过3μm(3.604μm)的光纤激光输出，并采用光栅实现了3.33μm～3.78μm波长可调谐的光纤激光输出，3.78μm也是目前光纤激光器室温条件下输出的最长波长。在中红外硫化物光纤激光方面，2013年，加拿大拉瓦尔大学Martin Bernier等人利用准连续的3.005μm掺Er3+氟化物光纤激光器作为基频源，As2S3硫化物光纤作为增益介质，结合硫化物光纤光栅，实现了3.34μm的一阶拉曼光纤激光；2014年，他们通过系统优化实现了3.77μm的二阶拉曼光纤激光输出。然而，在波长更长的中红外区域，受限于能级辐射跃迁能力，目前还难以实现光纤激光输出，此外，在波长大于3μm的中红外波段，目前还未实现多个波段光纤激光同时输出的有效方案，而上述光纤激光的实现可进一步拓展中红外光纤激光在实际中的应用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提出了一种中红外多波段全光纤软玻璃激光器。
本发明技术方案如下：
一种中红外多波段全光纤软玻璃激光器，包括依次连接的激光泵浦源、激光泵浦源尾纤、第一光纤熔接点、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一稀土离子掺杂光纤、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第二光纤熔接点、第五光纤光栅、第六光纤光栅、第七光纤光栅、第八光纤光栅、第二稀土离子掺杂光纤、第九光纤光栅、第十光纤光栅、第十一光纤光栅、第十二光纤光栅；
激光泵浦源用于产生976nm激光；激光泵浦源尾纤用于将976nm激光耦合输出；第一光纤熔接点用于连接激光泵浦源尾纤和第一稀土离子掺杂光纤；第一光纤光栅刻写在第一稀土离子掺杂光纤中，对3μm激光高反，作为3μm激光谐振腔反馈；第二光纤光栅刻写在第一稀土离子掺杂光纤中，对2μm激光高反，作为2μm激光谐振腔反馈；第一稀土离子掺杂光纤为芯径大于20μm的双包层掺Ho3+氟化物光纤，用于产生3μm和2μm激光；第三光纤光栅刻写在第一稀土离子掺杂光纤中，对3μm激光半透半反，作为3μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第四光纤光栅刻写在第一稀土离子掺杂光纤中，对2μm激光半透半反，作为2μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第二光纤熔接点用于连接第一稀土离子掺杂光纤和第二稀土离子掺杂光纤；第五光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对3.7μm激光高反，作为3.7μm激光谐振腔反馈；第六光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对4.89μm激光高反，作为4.89μm激光谐振腔反馈；第七光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对7.5μm激光高反，作为7.5μm激光谐振腔反馈；第八光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对5.1μm激光高反，作为5.1μm激光谐振腔反馈；第二稀土离子掺杂光纤为双包层复合芯结构的Pr3+、Tb3+共掺硫化物光纤，用于产生3.7μm，4.89μm，7.5μm和5.1μm的激光；第九光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对3.7μm激光半透半反，作为3.7μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对4.89μm激光半透半反，作为4.89μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十一光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对7.5μm激光半透半反，作为7.5μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十二光纤光栅刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对5.1μm激光半透半反，作为5.1μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；
第一稀土离子掺杂光纤、第一光纤光栅、第三光纤光栅组成3μm激光谐振腔；第一稀土离子掺杂光纤、第二光纤光栅、第四光纤光栅组成2μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤、第五光纤光栅、第九光纤光栅组成3.7μm激光谐振腔，第二稀土离子掺杂光纤、第六光纤光栅、第十光纤光栅组成4.89μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤、第七光纤光栅、第十一光纤光栅组成7.5μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤、第八光纤光栅、第十二光纤光栅组成5.1μm激光谐振腔。
作为优选方式，第二稀土离子掺杂光纤的双包层复合芯结构，从内到外依次包括同心设置的第一纤芯、第一纤芯和第二纤芯之间填充的内包层、第二纤芯、第二纤芯外侧的内包层、外包层。
作为优选方式，第一纤芯，截面为实心圆，用于掺杂Pr3+，产生3.7μm和4.89μm激光；第二纤芯，截面为实心圆环，用于掺杂Tb3+，产生7.5μm和5.1μm激光；内包层用于传输2μm和3μm激光，并将3.7μm和4.89μm激光限制在第一纤芯以及将7.5μm和5.1μm激光限制在第二纤芯内；外包层，用于将2μm和3μm激光限制在内包层内。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种利用上述中红外多波段全光纤软玻璃激光器获得激光的方法：激光泵浦源产生的976nm激光，通过激光泵浦源尾纤和第一光纤熔接点被耦合进第一稀土离子掺杂光纤中，随着激光泵浦源功率的增加，首先在由第一稀土离子掺杂光纤、第一光纤光栅、第三光纤光栅组成的谐振腔中产生3μm激光，并由第三光纤光栅耦合输出；继续增加泵浦功率，由第一稀土离子掺杂光纤、第二光纤光栅、第四光纤光栅组成的谐振腔中产生2μm激光，并由第四光纤光栅耦合输出，从而实现3μm激光和2μm激光同时产生；
第一稀土离子掺杂光纤产生的3μm激光和2μm激光通过第二光纤熔接点被耦合进第二稀土离子掺杂光纤中，在第二稀土离子掺杂光纤、第五光纤光栅、第九光纤光栅组成的谐振腔中第一纤芯产生3.7μm激光，由第九光纤光栅耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤、第六光纤光栅、第十光纤光栅组成的谐振腔中第一纤芯产生4.89μm激光，由第十光纤光栅耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤、第七光纤光栅、第十一光纤光栅组成的谐振腔中第二纤芯产生7.5μm激光，由第十一光纤光栅耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤、第八光纤光栅、第十二光纤光栅组成的谐振腔中第二纤芯产生5.1μm激光，由第十二光纤光栅耦合输出。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提出了一种基于环形复合芯结构稀土离子掺杂硫化物光纤实现中红外多波段光纤激光同时输出的新方案，采用半导体激光器泵浦的双波段级联掺Ho3+氟化物光纤激光器作为二级泵浦源，环形复合芯结构的Pr3+，Tb3+共掺硫化物光纤作为增益介质，硫化物光纤光栅阵列作为谐振腔反馈及输出耦合，可在全光纤结构下实现3.7μm，4.89μm，5.1μm，7.5μm四个波段光纤激光同时输出。(2)在环形复合芯结构光纤的不同纤芯内掺杂不同稀土离子，不但使一根增益光纤具有多个波段激光激射的潜力，从而大大简化了多波段光纤激光器的腔结构，同时还避开了多种稀土离子掺杂时，离子间能级跃迁相互干扰，影响激光输出性能的问题；(3)上述结构的稀土离子掺杂光纤具有良好的可拓展性和移植性，可根据实际波长需求，对稀土离子的掺杂种类和掺杂位置进行设计；(4)利用中红外短波长激光作为泵浦源，结合稀土离子掺杂的硫化物光纤级联能级跃迁特性，不但可实现中红外光纤激光波长拓展，同时还可实现多波段的中红外光纤激光同时输出；(5)将1150nm商用半导体激光器与级联掺Ho3+氟化物光纤及环形复合芯结构的Pr3+，Tb3+共掺硫化物光纤相结合，使得系统仅在一个泵浦光作用下，便可同时实现四个中红外波段的光纤激光输出，大大简化了系统结构。
附图说明
图1是本发明的激光器的结构示意图；
图2是本发明的第二稀土离子掺杂光纤的截面图。
图3是本发明的Ho3+的能级跃迁图；
图4是本发明的Pr3+的能级跃迁图；
图5是本发明的Tb3+的能级跃迁图。
1为激光泵浦源，2为激光泵浦源尾纤，3为第一光纤熔接点，4为第一光纤光栅，5为第二光纤光栅，6为第一稀土离子掺杂光纤，7为第三光纤光栅，8为第四光纤光栅，9为第二光纤熔接点，10为第五光纤光栅，11为第六光纤光栅，12为第七光纤光栅，13为第八光纤光栅，14为第二稀土离子掺杂光纤，15为第九光纤光栅，16为第十光纤光栅，17为第十一光纤光栅，18为第十二光纤光栅，19为第一纤芯，20为第二纤芯，21为内包层，22为外包层，23为5I6能级，24为5I7能级，25为5I8能级，26为976nm激光，27为3μm激光，28为2μm激光，29为3F2,3H6能级，30为3H5能级，31为3H4能级，32为2μm激光，33为3.7μm激光，34为4.89μm激光，35为7F4能级，36为7F5能级，37为7F6能级，38为3μm激光，39为7.5μm激光，40为5.1μm激光。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
一种中红外多波段全光纤软玻璃激光器，包括依次连接的激光泵浦源1、激光泵浦源尾纤2、第一光纤熔接点3、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、第三光纤光栅7、第四光纤光栅8、第二光纤熔接点9、第五光纤光栅10、第六光纤光栅11、第七光纤光栅12、第八光纤光栅13、第二稀土离子掺杂光纤14、第九光纤光栅15、第十光纤光栅16、第十一光纤光栅17、第十二光纤光栅18；
激光泵浦源1用于产生976nm激光；激光泵浦源尾纤2用于将976nm激光耦合输出；第一光纤熔接点3用于连接激光泵浦源尾纤2和第一稀土离子掺杂光纤6；第一光纤光栅4刻写在第一稀土离子掺杂光纤6中，对3μm激光高反，作为3μm激光谐振腔反馈；第二光纤光栅5刻写在第一稀土离子掺杂光纤6中，对2μm激光高反，作为2μm激光谐振腔反馈；第一稀土离子掺杂光纤6为芯径大于20μm的双包层掺Ho3+氟化物光纤，用于产生3μm和2μm激光；第三光纤光栅7刻写在第一稀土离子掺杂光纤6中，对3μm激光半透半反，作为3μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第四光纤光栅8刻写在第一稀土离子掺杂光纤6中，对2μm激光半透半反，作为2μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第二光纤熔接点9用于连接第一稀土离子掺杂光纤6和第二稀土离子掺杂光纤14；第五光纤光栅10刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对3.7μm激光高反，作为3.7μm激光谐振腔反馈；第六光纤光栅11刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对4.89μm激光高反，作为4.89μm激光谐振腔反馈；第七光纤光栅12刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对7.5μm激光高反，作为7.5μm激光谐振腔反馈；第八光纤光栅13刻写在第二稀土离子掺杂光纤14中，对5.1μm激光高反，作为5.1μm激光谐振腔反馈；第二稀土离子掺杂光纤14为双包层复合芯结构的Pr3+、Tb3+共掺硫化物光纤，用于产生3.7μm，4.89μm，7.5μm和5.1μm的激光；第九光纤光栅15刻写在第二稀土离子掺杂光纤14中，对3.7μm激光半透半反，作为3.7μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十光纤光栅16刻写在第二稀土离子掺杂光纤14中，对4.89μm激光半透半反，作为4.89μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十一光纤光栅刻17写在第二稀土离子掺杂光纤14中，对7.5μm激光半透半反，作为7.5μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十二光纤光栅18刻写在第二稀土离子掺杂光纤14中，对5.1μm激光半透半反，作为5.1μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；
第一稀土离子掺杂光纤6、第一光纤光栅4、第三光纤光栅7组成3μm激光谐振腔；第一稀土离子掺杂光纤6、第二光纤光栅5、第四光纤光栅8组成2μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤14、第五光纤光栅10、第九光纤光栅15组成3.7μm激光谐振腔，第二稀土离子掺杂光纤14、第六光纤光栅11、第十光纤光栅16组成4.89μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤14、第七光纤光栅12、第十一光纤光栅17组成7.5μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤14、第八光纤光栅13、第十二光纤光栅18组成5.1μm激光谐振腔。
如图2所示，第二稀土离子掺杂光纤14的双包层复合芯结构，从内到外依次包括同心设置的第一纤芯19、第一纤芯19和第二纤芯20之间填充的内包层21、第二纤芯20、第二纤芯20外侧的内包层21、外包层22。
第一纤芯19，截面为实心圆，用于掺杂Pr3+，产生3.7μm和4.89μm激光；第二纤芯20，截面为实心圆环，用于掺杂Tb3+，产生7.5μm和5.1μm激光；内包层21用于传输2μm和3μm激光，并将3.7μm和4.89μm激光限制在第一纤芯19以及将7.5μm和5.1μm激光限制在第二纤芯20内；外包层22，用于将2μm和3μm激光限制在内包层21内。
利用上述中红外多波段全光纤软玻璃激光器获得激光的方法为：激光泵浦源1产生的976nm激光，通过激光泵浦源尾纤2和第一光纤熔接点被耦合进第一稀土离子掺杂光纤6中，随着激光泵浦源1功率的增加，首先在由第一稀土离子掺杂光纤6、第一光纤光栅4、第三光纤光栅7组成的谐振腔中产生3μm激光，并由第三光纤光栅7耦合输出；继续增加泵浦功率，由第一稀土离子掺杂光纤6、第二光纤光栅5、第四光纤光栅8组成的谐振腔中产生2μm激光，并由第四光纤光栅8耦合输出，从而实现3μm激光和2μm激光同时产生；该过程的能级过程如下：如图3所示，5I6能级23为第一稀土离子掺杂光纤第三能级；5I7能级24为第一稀土离子掺杂光纤第二能级；5I8能级25为第一稀土离子掺杂光纤第一能级；976nm激光26将第一稀土离子掺杂光纤中5I8能级25上的离子泵浦到I6能级235上，5I6能级23通过受激辐射将离子释放到5I7能级24上，产生3μm激光27，5I7能级24上的离子又通过受激辐射的方式将离子释放到5I8能级25，产生2μm激光28；
第一稀土离子掺杂光纤6产生的3μm激光和2μm激光通过第二光纤熔接点9被耦合进第二稀土离子掺杂光纤14中，在第二稀土离子掺杂光纤14、第五光纤光栅10、第九光纤光栅15组成的谐振腔中第一纤芯19产生3.7μm激光，由第九光纤光栅15耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤14、第六光纤光栅11、第十光纤光栅16组成的谐振腔中第一纤芯19产生4.89μm激光，由第十光纤光栅16耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤14、第七光纤光栅12、第十一光纤光栅17组成的谐振腔中第二纤芯20产生7.5μm激光，由第十一光纤光栅17耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤14、第八光纤光栅13、第十二光纤光栅18组成的谐振腔中第二纤芯20产生5.1μm激光，由第十二光纤光栅18耦合输出。
上述过程的能级过程如下：如图4和图5所示，3F2,3H6能级29为第二稀土离子掺杂光纤第一纤芯第三能级；3H5能级30为第二稀土离子掺杂光纤第一纤芯第二能级；3H4能级31为第二稀土离子掺杂光纤第一纤芯第一能级；2μm激光32将19第二稀土离子掺杂光纤第一纤芯中3H4能级31上的离子泵浦到3F2,3H6能级29上，3F2,3H6能级通过受激辐射将离子释放到3H5能级30，产生3.7μm激光33，30 3H5能级又通过受激辐射将离子释放到31 3H4能级，产生4.89μm激光34；同时，7F4能级35为第二稀土离子掺杂光纤第二纤芯第三能级；7F5能级36为第二稀土离子掺杂光纤第二纤芯第二能级；7F6能级37为第二稀土离子掺杂光纤第二纤芯第一能级；3μm激光38将第二纤芯20中7F6能级37上的离子泵浦到7F4能级35上，7F4能级35通过受激辐射的方式将离子释放到7F5能级36，产生7.5μm激光39，7F5能级36又通过受激辐射的方式将离子释放到7F6能级37，产生5.1μm激光40。该系统在全光纤结构下，通过单个波长泵浦最终可同时实现3.7μm，4.89μm，7.5μm和5.1μm四个中红外波段的光纤激光输出。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (3)
1.一种中红外多波段全光纤软玻璃激光器，其特征在于：包括依次连接的激光泵浦源(1)、激光泵浦源尾纤(2)、第一光纤熔接点(3)、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)、第三光纤光栅(7)、第四光纤光栅(8)、第二光纤熔接点(9)、第五光纤光栅(10)、第六光纤光栅(11)、第七光纤光栅(12)、第八光纤光栅(13)、第二稀土离子掺杂光纤(14)、第九光纤光栅(15)、第十光纤光栅(16)、第十一光纤光栅(17)、第十二光纤光栅(18)；
激光泵浦源(1)用于产生976nm激光；激光泵浦源尾纤(2)用于将976nm激光耦合输出；第一光纤熔接点(3)用于连接激光泵浦源尾纤(2)和第一稀土离子掺杂光纤(6)；第一光纤光栅(4)刻写在第一稀土离子掺杂光纤(6)中，对3μm激光高反，作为3μm激光谐振腔反馈；第二光纤光栅(5)刻写在第一稀土离子掺杂光纤(6)中，对2μm激光高反，作为2μm激光谐振腔反馈；第一稀土离子掺杂光纤(6)为芯径大于20μm的双包层掺Ho3+氟化物光纤，用于产生3μm和2μm激光；第三光纤光栅(7)刻写在第一稀土离子掺杂光纤(6)中，对3μm激光半透半反，作为3μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第四光纤光栅(8)刻写在第一稀土离子掺杂光纤(6)中，对2μm激光半透半反，作为2μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第二光纤熔接点(9)用于连接第一稀土离子掺杂光纤(6)和第二稀土离子掺杂光纤(14)；第五光纤光栅(10)刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对3.7μm激光高反，作为3.7μm激光谐振腔反馈；第六光纤光栅(11)刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对4.89μm激光高反，作为4.89μm激光谐振腔反馈；第七光纤光栅(12)刻写在第二稀土离子掺杂光纤中，对7.5μm激光高反，作为7.5μm激光谐振腔反馈；第八光纤光栅(13)刻写在第二稀土离子掺杂光纤(14)中，对5.1μm激光高反，作为5.1μm激光谐振腔反馈；第二稀土离子掺杂光纤(14)为双包层复合芯结构的Pr3+、Tb3+共掺硫化物光纤，用于产生3.7μm，4.89μm，7.5μm和5.1μm的激光；第九光纤光栅(15)刻写在第二稀土离子掺杂光纤(14)中，对3.7μm激光半透半反，作为3.7μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十光纤光栅(16)刻写在第二稀土离子掺杂光纤(14)中，对4.89μm激光半透半反，作为4.89μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十一光纤光栅刻(17)写在第二稀土离子掺杂光纤(14)中，对7.5μm激光半透半反，作为7.5μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；第十二光纤光栅(18)刻写在第二稀土离子掺杂光纤(14)中，对5.1μm激光半透半反，作为5.1μm激光谐振腔反馈兼输出耦合；
第一稀土离子掺杂光纤(6)、第一光纤光栅(4)、第三光纤光栅(7)组成3μm激光谐振腔；第一稀土离子掺杂光纤(6)、第二光纤光栅(5)、第四光纤光栅(8)组成2μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤(14)、第五光纤光栅(10)、第九光纤光栅(15)组成3.7μm激光谐振腔，第二稀土离子掺杂光纤(14)、第六光纤光栅(11)、第十光纤光栅(16)组成4.89μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤(14)、第七光纤光栅(12)、第十一光纤光栅(17)组成7.5μm激光谐振腔；第二稀土离子掺杂光纤(14)、第八光纤光栅(13)、第十二光纤光栅(18)组成5.1μm激光谐振腔；
第二稀土离子掺杂光纤(14)的双包层复合芯结构，从内到外依次包括同心设置的第一纤芯(19)、第一纤芯(19)和第二纤芯(20)之间填充的内包层(21)、第二纤芯(20)、第二纤芯(20)外侧的内包层(21)、外包层(22)。
2.根据权利要求1所述的中红外多波段全光纤软玻璃激光器，其特征在于：第一纤芯(19)，截面为实心圆，用于掺杂Pr3+，产生3.7μm和4.89μm激光；第二纤芯(20)，截面为实心圆环，用于掺杂Tb3+，产生7.5μm和5.1μm激光；内包层(21)用于传输2μm和3μm激光，并将3.7μm和4.89μm激光限制在第一纤芯(19)以及将7.5μm和5.1μm激光限制在第二纤芯(20)内；外包层(22)，用于将2μm和3μm激光限制在内包层(21)内。
3.利用权利要求1或2所述的中红外多波段全光纤软玻璃激光器获得激光的方法，其特征在于：激光泵浦源(1)产生的976nm激光，通过激光泵浦源尾纤(2)和第一光纤熔接点被耦合进第一稀土离子掺杂光纤(6)中，随着激光泵浦源(1)功率的增加，首先在由第一稀土离子掺杂光纤(6)、第一光纤光栅(4)、第三光纤光栅(7)组成的谐振腔中产生3μm激光，并由第三光纤光栅(7)耦合输出；继续增加泵浦功率，由第一稀土离子掺杂光纤(6)、第二光纤光栅(5)、第四光纤光栅(8)组成的谐振腔中产生2μm激光，并由第四光纤光栅(8)耦合输出，从而实现3μm激光和2μm激光同时产生；
第一稀土离子掺杂光纤(6)产生的3μm激光和2μm激光通过第二光纤熔接点(9)被耦合进第二稀土离子掺杂光纤(14)中，在第二稀土离子掺杂光纤(14)、第五光纤光栅(10)、第九光纤光栅(15)组成的谐振腔中第一纤芯(19)产生3.7μm激光，由第九光纤光栅(15)耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤(14)、第六光纤光栅(11)、第十光纤光栅(16)组成的谐振腔中第一纤芯(19)产生4.89μm激光，由第十光纤光栅(16)耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤(14)、第七光纤光栅(12)、第十一光纤光栅(17)组成的谐振腔中第二纤芯(20)产生7.5μm激光，由第十一光纤光栅(17)耦合输出；在第二稀土离子掺杂光纤(14)、第八光纤光栅(13)、第十二光纤光栅(18)组成的谐振腔中第二纤芯(20)产生5.1μm激光，由第十二光纤光栅(18)耦合输出。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6363194B1 (en) * | 1999-04-08 | 2002-03-26 | Lucent Technologies Inc. | Optical fiber communication system employing Nd doped fiber amplifier for the 1400 nm window |
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|---|---|---|---|---|
| US6363194B1 (en) * | 1999-04-08 | 2002-03-26 | Lucent Technologies Inc. | Optical fiber communication system employing Nd doped fiber amplifier for the 1400 nm window |
| US6459846B1 (en) * | 1999-12-03 | 2002-10-01 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Complex rare-earths doped optical waveguide |
| CN101771233A (zh) * | 2010-01-18 | 2010-07-07 | 北京交通大学 | 大功率多波段多层掺稀土离子环芯激光器 |
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