CN106602393A - 基于太阳光泵浦实现掺铒光纤激光器激光输出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳光泵浦实现掺铒光纤激光器激光输出的方法。本发明采用太阳光作为掺铒光纤激光器的泵浦源，两个中心波长相同的布拉格光栅作为反射镜构成掺铒光纤激光器的谐振腔，一段掺铒光纤作为激光器的增益介质来搭建一个基于太阳光泵浦的掺铒光纤激光器。由于太阳能是纯净的可再生资源，所以太阳光泵浦掺铒光纤激光器具有运行成本低廉、适合外太空激光应用等优点。

Description

基于太阳光泵浦实现掺铒光纤激光器激光输出的方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别涉及了一种基于太阳光泵浦实现掺铒光纤激光器激光输出的方法。
背景技术
近年来，随着激光器的发展，光纤激光器已经成为了国际上研究的热点。光纤激光器由于其单色性好、体积小、效率高、成本低和结构简单的特点已经被广泛应用于激光通讯、医疗、军事和印刷领域，工作波长位于1.5微米（通讯窗口）的激光可以由掺铒光纤激光器产生。
目前，光纤激光器中通常用到的泵浦源为半导体激光器（LD)，掺铒光纤激光器一般以980nm或者1480nm的LD作为泵浦源。以LD作为泵浦源的优点在于：体积小，工作稳定。但是同样地价格也会昂贵一些。所以设计出一种价格便宜，应用广泛的泵浦源具有重大意义。
太阳能是一种洁净的可再生资源。近年来对于太阳能的开采已经应用于多方面，最主要的在于太阳能发电和太阳能热水器。太阳光的波长分布范围在300～2500nm之间，其频谱分布范围较宽。以太阳光作为光纤激光器的泵浦源可以将自然光转化为单色性、方向性好的激光。以太阳光作为光纤激光器的泵浦源具有单色性好、成本低、无污染的优点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于太阳光泵浦实现掺铒光纤激光器激光输出的方法。
本发明的方法包括以下几个步骤：
步骤（1）选择一个反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅和另外一个反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长（1530nm至1560nm），一个长度为L的柱面聚焦透镜，一段长度为L的掺铒光纤。以太阳光作为激光器的泵浦源，掺铒光纤作为激光器的工作物质，两个布拉格光纤光栅作为反射镜构成激光器的谐振腔。
步骤（2）将长度为L的掺铒光纤剥离涂覆层；将反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅的一端与长度为L的掺铒光纤的一端光纤连接；将长度为L的掺铒光纤的另一端与反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅的一端光纤连接；反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅的另外一端作为激光输出端口；
步骤（3）将长度为L的掺铒光纤保持直线状态并与太阳光垂直；保持长度为L的柱面聚焦透镜与长度为L的掺铒光纤的平行，并保持长度为L的柱面聚焦透镜与太阳光垂直；调整长度为L的柱面聚焦透镜与长度为L的掺铒光纤的距离为柱面聚焦透镜的焦距，使得经过柱面聚焦透镜后的太阳光侧面泵浦于掺铒光纤上。
太阳光聚焦于掺铒光纤处后泵浦掺铒光纤，其中处于低能级的铒离子受到波长为980nm的太阳光光子的激励后从基态能级跃迁到抽运高能级，然后大量的铒离子聚集在高能级使得高能级的粒子数远远多于低能级，从而实现粒子数反转，然后处于高能级的铒离子在高能级处发生受激辐射跃迁到低能级，同时放出一个与外来光子完全相同的光子从而增加了光子的数量。当波长在980nm附近的太阳光入射后，耦合进入掺铒光纤的太阳光会在反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅与在反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅处不断的发生来回振荡，从而产生输出波长为两个布拉格光纤光栅中心波长的激光。
本发明的有益效果：本发明采用太阳光作为掺铒光纤激光器的泵浦源，两个中心波长相同的布拉格光栅作为反射镜构成掺铒光纤激光器的谐振腔，一段掺铒光纤作为激光器的增益介质来搭建一个基于太阳光泵浦的掺铒光纤激光器。由于太阳能是纯净的可再生资源，所以太阳光泵浦掺铒光纤激光器具有运行成本低廉、适合外太空激光应用等优点。
附图说明
图1为本发明的结构图。
具体实施方式
以下结合图1对本发明作进一步说明。
本发明方法具体是：
步骤（1）选择一个反射率为99%的布拉格光纤光栅2和另外一个反射率为80%的布拉格光纤光栅4，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长（1551nm），一个长度为10厘米的柱面聚焦透镜1，一段长度为10厘米的高浓度掺铒光纤3。以太阳光作为激光器的泵浦源，掺铒光纤作为激光器的工作物质，两个布拉格光纤光栅作为反射镜构成激光器的谐振腔。
步骤（2）将长度为10厘米的掺铒光纤3剥离涂覆层；将反射率为99%的布拉格光纤光栅2的一端与长度为10厘米的掺铒光纤3的一端光纤连接；将长度为10厘米的掺铒光纤3的另一端与反射率为80%的布拉格光纤光栅4的一端光纤连接；反射率为80%的布拉格光纤光栅4的另外一端作为激光输出端口；
步骤（3）将长度为10厘米的掺铒光纤3保持直线状态并与太阳光垂直；保持长度为10厘米的柱面聚焦透镜1与长度为10厘米的掺铒光纤3的平行，并保持长度为10厘米的柱面聚焦透镜1与太阳光垂直；调整长度为10厘米的柱面聚焦透镜与长度为10厘米的掺铒光纤的距离为柱面聚焦透镜的焦距（5厘米），使得经过柱面聚焦透镜1后的太阳光侧面泵浦于掺铒光纤3上。
太阳光聚焦于掺铒光纤3处后泵浦掺铒光纤3，其中处于低能级的铒离子受到波长为980nm的太阳光光子的激励后从基态能级跃迁到抽运高能级，然后大量的铒离子聚集在高能级使得高能级的粒子数远远多于低能级，从而实现粒子数反转，然后处于高能级的铒离子在高能级处发生受激辐射跃迁到低能级，同时放出一个与外来光子完全相同的光子从而增加了光子的数量。当波长在980nm附近的太阳光入射后，耦合进入掺铒光纤3的太阳光会在反射率为99%的布拉格光纤光栅2与在反射率为80%的布拉格光纤光栅4处不断的发生来回振荡，从而产生输出波长为两个布拉格光纤光栅中心波长1551nm的激光。
本发明将太阳能应用在激光器方面，将杂乱无章波长分布范围较宽的太阳光转换成单色性好的激光，从而利用在通讯、医疗、印刷等方面。其利用方式为光-光转换，以太阳能作为泵浦源的掺铒光纤激光器有无污染、结构简单和适合外太空激光应用等优点。

Claims (1)

1.基于太阳光泵浦实现掺铒光纤激光器激光输出的方法，其特征在于该方法具体是：
步骤（1）选择一个反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅和另外一个反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长，选择一个长度为L的柱面聚焦透镜，一段长度为L的掺铒光纤；
步骤（2）将长度为L的掺铒光纤剥离涂覆层；将反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅的一端与长度为L的掺铒光纤的一端光纤连接；将长度为L的掺铒光纤的另一端与反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅的一端光纤连接；反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅的另外一端作为激光输出端口；
步骤（3）将长度为L的掺铒光纤保持直线状态并与太阳光垂直；保持长度为L的柱面聚焦透镜与长度为L的掺铒光纤的平行，并保持长度为L的柱面聚焦透镜与太阳光垂直；调整长度为L的柱面聚焦透镜与长度为L的掺铒光纤的距离为柱面聚焦透镜的焦距，使得经过柱面聚焦透镜后的太阳光侧面泵浦于掺铒光纤上；掺铒光纤作为激光器的工作物质，两个布拉格光纤光栅作为反射镜构成激光器的谐振腔，耦合进入掺铒光纤的太阳光会在反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅与反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅处不断的发生来回振荡，从而产生输出波长为两个布拉格光纤光栅中心波长的激光。
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