CN106785835A - 一种全光纤中红外超宽带超连续激光发射器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，包括第一激光泵浦源、第二激光泵浦源、泵浦合束器、第二增益光纤、第三增益光纤以及第四增益光纤，在第一激光泵浦源与泵浦合束器之间设置有谐振腔，谐振腔包括前端刻写有第一光纤光栅的第一增益光纤、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件以及第二光纤光栅；第一激光泵浦源发出的第一预设波长的激光经谐振腔产生第二预设波长的超短脉冲激光进入泵浦合束器，第二激光泵浦源发出第三预设波长的激光进入泵浦合束器，第二预设波长的超短脉冲激光经第二增益光纤的放大、第三增益光纤的孤子自频移效应进入第四增益光纤中，产生中红外的超宽带超连续激光，进而简化器件的结构。

Description

一种全光纤中红外超宽带超连续激光发射器
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中红外超宽带超连续激光发射器。
背景技术
2～20μm中红外波段不仅包含了两个重要的大气传输窗口(3～5μm和8～13μm)，同时还覆盖了众多重要分子及原子的吸收峰，因此，工作波长位于该区域的激光源在大气通信、光谱探测、材料加工、红外对抗等诸多领域都具有重要的应用前景。其中，中红外超连续激光源因具有超宽的工作带宽近年来受到广泛关注。
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超连续光纤激光源具有重要的科学意义的应用价值。
2014年，丹麦科技大学C.R.Petersen等人分别利用4.5μm和6.3μm波长的超短脉冲激光泵浦超高数值孔径的硫化物光纤，实现了1.5～11.7μm和1.4～13.3μm的中红外超连续激光输出，其中4.5μm和6.3μm波长的超短脉冲激光通过对光参量啁啾放大的固体激光差频产生；2016年，日本丰田工业大学先端光子技术研究中心T.L.Cheng等人通过采用更长波长的9.8μm超短脉冲激光泵浦优化的零色散平坦硫化物光纤实现了2.0～15.1μm的中红外超连续激光输出，其中9.8μm超短脉冲激光源仍采用光参量啁啾放大的固体激光差频产生，这也是目前光谱最宽的中红外宽光谱光纤光源。
由此可见，目前产生超宽带中红外超连续激光的方案均采用结构复杂的固体激光源作为泵浦，这不仅破坏了光纤激光器固有的紧凑型，同时增加了系统成本。
发明内容
本发明实施例提供一种全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，解决了现有技术中用于产生超宽带中红外超连续激光发射器由于采用结构复杂的固体激光源作为泵浦，破坏了光纤激光器固有的紧凑型，同时增加了系统成本的技术问题。
本发明实施例提供了一种全光纤中红外超宽带超连续光源发射器，包括第一激光泵浦源、第二激光泵浦源、泵浦合束器、第二增益光纤、第三增益光纤以及第四增益光纤，在第一激光泵浦源与泵浦合束器之间设置有谐振腔，所述谐振腔包括前端刻写有第一光纤光栅的第一增益光纤、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件以及第二光纤光栅，所述第二激光泵浦源连接泵浦合束器，泵浦合束器还连接第二增益光纤首端，第二增益光纤尾端连接第三增益光纤首端，第三增益光纤尾端连接第四增益光纤；
其中，第一激光泵浦源发出的第一预设波长的激光经刻写有第一光纤光栅的第一增益光线、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件以及刻写在非掺杂氟化物光纤的第二光纤光栅产生第二预设波长的超短脉冲激光进入泵浦合束器，同时，第二激光泵浦源发出第三预设波长的激光进入泵浦合束器，第二预设波长的超短脉冲激光经第二增益光纤的放大进入第三增益光纤，经第三增益光纤的孤子自频移效应进入第四增益光纤中，产生中红外的超宽带超连续激光，由第四增益光纤的8度切割的光纤端面输出。
本发明实施例至少具有如下技术效果或优点：
1、由于在本发明中将第一泵浦光源发出的第一预设波长的激光经谐振腔中的基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器的锁模，产生第二预设波长的锁模脉冲激光，再经该谐振腔中的第一光纤光栅和第二光纤光栅的色散补偿，进入泵浦合束器，与第二泵浦光源发出的第三预设波长的激光合束，并经第二增益光纤的放大以及第三增益光纤的孤子自频移效应，从而解决了现有技术中传统光纤激光器难以在长波长产生高强度超短脉冲光纤激光的困难，进而能够简化器件的结构，从而产生中红外的超宽带超连续激光。
2、由于激光输出波长可通过调节泵浦功率来灵活控制，有利于实际应用中不同零色散波长光纤的最优化泵浦波长选取。
3、由于利用波长超过5.5μm超短脉冲光纤激光泵浦硫化物光纤，可在全光纤结构下实现中红外超宽带连续激光输出，大大简化了系统结构，同时还降低了系统成本。
附图说明
图1为本发明实施例中全光纤中红外超宽带超连续光源发射器的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，解决了现有技术中用于产生超宽带中红外超连续激光发射器由于采用结构复杂的固体激光源作为泵浦，破坏了光纤激光器固有的紧凑型，同时增加了系统成本的技术问题。
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中红外超宽带超连续光源发射器，如图1所示，包括第一激光泵浦源1、第二激光泵浦源12、泵浦合束器20、第二增益光纤23、第三增益光纤25以及第四增益光纤27。
该第一激光泵浦源1与泵浦合束器20之间设置有谐振腔，该谐振腔具体由刻写有第一光纤光栅4的第一增益光纤5前端、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器7以及刻写在非掺杂氟化物光纤的第二光纤光栅9构成，其中，该第一增益光纤5前端与第一激光泵浦源1的尾纤2熔接，第一增益光纤5尾端与基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器7的一端熔接，该基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器7的另一端与第二光纤光栅9的一端熔接，从而连接至泵浦合束器20。
该泵浦合束器20包括信号光输入端11、泵浦输入端15和一个输出端21，其中，该信号光输入端11与第二光纤光栅9的另一端熔接，熔接点10，其中泵浦输入端15与第二激光泵浦源12尾纤13熔接，熔接点14，由于该泵浦合束器20包括有两个泵浦输入端，当由于第二激光泵浦源12的功率没有足够大时，可以增加第三激光泵浦源16，第三激光泵浦源19尾纤17与另一泵浦输入端16与熔接，熔接点18。从而提供功率足够大的第三预设波长的激光。
该泵浦合束器20输出端21与第二增益光纤23首端熔接，熔接点22，该第二增益光纤23尾端与第三增益光纤25首端熔接，熔接点24，该第三增益光纤25尾端与第四增益光纤27首端熔接，熔接点26。该第四增益光纤27尾端为8度角切割的光纤端面。
具体的实现原理：第一激光泵浦源1发出第一预设波长的激光顺次经由刻写有第一光纤光栅4的第一增益光纤5前端、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件7以及刻写在非掺杂的InF3氟化物光纤上的第二光纤光栅9构成的谐振腔产生第二预设波长的超短脉冲激光进入泵浦合束器20，具体地，该第一预设波长的激光经谐振腔中基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器7的锁模，产生第二预设波长的锁模脉冲激光，再经第一光纤光栅和第二光纤光栅的色散补偿，进入泵浦合束器20，同时，第二激光泵浦源12发出第三预设波长的激光进入泵浦合束器20，该第二预设波长的超短脉冲激光经第二增益光纤23的放大进入第三增益光纤25，经第三增益光纤25的孤子自频移效应后进入第四增益光纤27中，产生中红外的超宽带超连续激光，从而由该第四增益光纤27的8度切割的光纤端面输出。
该第一激光泵浦源1为双波长级联泵浦的掺Er3+的ZrF4氟化物光纤激光器，用于产生3.5μm波长激光，该第一激光泵浦源1尾纤2为非掺杂的ZrF4氟化物光纤，用于输出3.5μm波长激光。该基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器7是通过将可饱和吸收材料(如：半导体、二维材料等)沉积到InF3氟化物拉锥光纤上制备而成的，第二光纤光栅9为布拉格啁啾光纤光栅，刻写在非掺杂的InF3氟化物光纤上，该第一增益光纤5为非掺杂的InF3氟化物光纤，该第二增益光纤23为掺Pr3+硫化物光纤。第二激光泵浦源12具体为掺铥光纤激光器，用于产生2μm波长激光。
该第一预设波长的激光具体是3.5μm波长的激光，该第二预设波长的超短脉冲激光具体为4.4μm波长的超短脉冲激光，该第三预设波长的激光具体为2μm波长的激光。由此，在开启第一激光泵浦源1时，该第一激光泵浦源1发出的3.5μm波长的激光经过第一激光泵浦源1尾纤2输出并耦合进前端刻写有第一光纤光栅4的第一增益光纤5中，经过谐振腔中的基于InF3氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件7的作用下产生第二预设波长的锁模脉冲激光，并通过第一光纤光栅4对4.4μm波长的超短脉冲激光进行高反，用于补偿该4.4μm波长锁模脉冲激光色散，窄化脉冲，第二光纤光栅9对4.4μm波长的激光半透半反，用于补充该4.4μm波长锁模脉冲激光色散，窄化脉冲，同时充当输出耦合，由第二光纤光栅输出4.4μm波长的超短脉冲激光，其中，该第一增益光纤5为非掺杂的InF3氟化物光纤，用于提供拉曼增益，实现波长频移。在输出4.4μm波长的超短脉冲激光经信号光输入端11被耦合进泵浦合束器20，若采用两个激光泵浦源，第二激光泵浦源12和第三激光泵浦源16，该第三激光泵浦源16与第二激光泵浦源12一样，同样为掺铥光纤激光器，这两个激光泵浦源的功率可以任意调节，同时开启第二激光泵浦源12和第三激光泵浦源16，由第二激光泵浦源12输出的2μm波长的激光经第一泵浦输入端15被耦合进入泵浦合束器20，该第三激光泵浦源16也产生2μm波长的激光。该2μm波长的激光与4.4μm波长的超短脉冲激光经泵浦合束器20输出端21被耦合进第二增益光纤23中，该第二增益光纤23为掺Pr3+硫化物光纤，该第二增益光纤23对4.4μm波长的超短脉冲激光放大，然后再输入第三增益光纤25中，该第三增益光纤25为非掺杂的InF3氟化物光纤，能够在孤子自频移效应作用下，产生波长大于5.5μm的孤子自频移脉冲，从而再进入第四增益光纤27中，该第四增益光纤27为非掺杂的硫化物光纤，其零色散波长为5.5μm，在多种非线性效应的共同作用下产生中红外的超宽带超连续激光，最终由8度角切割的光纤端面输出。采用该8度角切割的光纤端面用于减小端面残余反馈。
采用上述的全光纤中红外超宽带超连续光源发射器能够大大简化系统结构，同时还节约了系统成本。
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 (10)

1.一种全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，包括第一激光泵浦源、第二激光泵浦源、泵浦合束器、第二增益光纤、第三增益光纤以及第四增益光纤，在第一激光泵浦源与泵浦合束器之间通过谐振腔连接，所述谐振腔包括前端刻写有第一光纤光栅的第一增益光纤、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件以及第二光纤光栅，所述第二激光泵浦源连接泵浦合束器，泵浦合束器还连接第二增益光纤首端，第二增益光纤尾端连接第三增益光纤首端，第三增益光纤尾端连接第四增益光纤；
其中，第一激光泵浦源发出的第一预设波长的激光经刻写有第一光纤光栅的第一增益光纤、基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件以及刻写在非掺杂氟化物光纤的第二光纤光栅产生第二预设波长的超短脉冲激光进入泵浦合束器，同时，第二激光泵浦源发出第三预设波长的激光进入泵浦合束器，第二预设波长的超短脉冲激光经第二增益光纤的放大进入第三增益光纤，经第三增益光纤的孤子自频移效应进入第四增益光纤中，产生中红外的超宽带超连续激光，由第四增益光纤的8度切割的光纤端面输出。
2.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述第一预设波长的激光具体为3.5μm波长的激光，第二预设波长的超短脉冲激光具体为4.4μm波长的激光，第三预设波长的激光具体为2μm波长的激光。
3.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述第一增益光纤为非掺杂的InF3氟化物光纤，用于提供拉曼增益，实现波长频移。
4.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述第一激光泵浦源为双波长级联泵浦的掺Er3+的ZrF4氟化物光纤激光器，第二激光泵浦源为掺铥光纤激光器。
5.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，第一光纤光栅和第二光纤光栅均为布拉格啁啾光纤光栅，中心波长为第二预设波长，第一光纤光栅对第二预设波长的超短脉冲激光高反，用于补偿第二预设波长锁模脉冲激光色散，窄化脉冲；第二光纤光栅对第二预设波长的超短脉冲激光半透半反，用于补偿第二预设波长锁模脉冲激光色散，窄化脉冲，同时充当输出耦合。
6.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述基于氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件具体为将可饱和吸收材料沉积到InF3氟化物拉锥光纤的可饱和吸收器件制备而成的。
7.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述泵浦合束器包括信号光输入端、泵浦输入端和输出端，所述信号光输入端具体为非掺杂的硫化物光纤，用于将第二预设波长的超短脉冲激光耦合进入泵浦合束器，泵浦输入端具体为非掺杂的硫化物光纤，用于将第二激光泵浦源输出的第三预设波长的激光耦合进入泵浦合束器，所述输出端具体为非掺杂的硫化物光纤，用于将合束后的激光输出并耦合进入第二增益光纤中。
8.根据权利要求1所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述第二增益光纤为掺Pr3+硫化物光纤。
9.根据权利要求2所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述第三增益光纤为非掺杂的InF3氟化物光纤，用于产生波长大于5.5μm的孤子自频移脉冲。
10.根据权利要求2所述的全光纤中红外超宽带超连续激光发射器，其特征在于，所述第四增益光纤为非掺杂的硫化物光纤，其零色散波长为5.5μm，用于产生中红外的超宽带超连续激光。
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