CN108365512A - 可调谐蓝光、橙光激光器 - Google Patents

可调谐蓝光、橙光激光器 Download PDF

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缪龙
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Abstract

本发明公开了一种可调谐蓝光、橙光激光器，包括：至少两个泵浦光源、至少一个周期极化晶体和光纤耦合器，光纤耦合器的入光端与泵浦光源光路的出射端连接；光纤耦合器的出光端与周期极化晶体的入光面光路连接；周期极化晶体的出光面输出波段为480～490nm和/或589nm～600nm的激光。采用常用的两种激光波段作为泵浦光源通过一块周期极化晶体后，可调谐的产生蓝光激光或/和橙光激光。

Description

可调谐蓝光、橙光激光器
技术领域
本发明涉及一种可调谐蓝光、橙光激光器，属于可调谐激光领域。
背景技术
蓝色激光的波段为480～490nm，橙色激光的波段为589nm～600nm。蓝、橙光激光被作为激光光源广泛运用于光谱研究、生物医疗检测、材料科学、军事等重要领域。
产生蓝光激光的现有方法主要有半导体激光直接产生蓝光激光，LD泵浦运转于准三能级的全固态激光倍频产生蓝光，以及红外半导体激光倍频蓝光。由于蓝光半导体激光器的研制需要昂贵的设备和衬底材料，到目前为止，蓝光半导体激光单管的输出功率较低，只有瓦级。
现有激光器，即使使用周期极化晶体，也仅能实现单独输出蓝光或单独输出橙光，无法同时输出蓝光激光和橙光激光。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种可调谐蓝光、橙光激光器，该激光器能同时输出蓝光激光和/或橙光激光，以灵活获取所需应用情景下的激光光源。
包括：至少两个泵浦光源、至少一个周期极化晶体、光纤耦合器和滤波器，所述光纤耦合器的入光端分别与所述泵浦光源的出射端光路连接；
所述光纤耦合器的出光端与所述周期极化晶体的入光面光路连接；
所述周期极化晶体的出光面与所述滤波器光路连接；
所述周期极化晶体的出光面输出波段为480～490nm和/或589nm～600nm的激光。
优选的，可调谐蓝光、橙光激光器还包括耦合透镜，所述耦合透镜设置于所述光纤耦合器与所述周期极化晶体相连接的光路上。
优选的，可调谐蓝光、橙光激光器还包括温控装置，所述温控装置与所述周期极化晶体导热连接。
优选的，可调谐蓝光、橙光激光器还包括电源和电源控制模块，所述电源分别与所述泵浦光源和所述温控装置供电连接，所述电源控制模块与所述电源控制连接。
优选的，泵浦光源为C波段光源或波长范围位于970-980nm内的半导体激光器。
优选的，滤波器对波长480～490nm和589nm～600nm的激光高透。
优选的，周期极化晶体包括第一周期极化晶体和第二周期极化晶体，所述第一周期极化晶体的入光端与所述光纤耦合器光路连接，所述第一周期极化晶体的出光端与所述第二周期极化晶体的入光端经耦合透镜光路连接。
优选的，泵浦光源为脉冲或连续方式。
优选的，周期极化晶体的周期为单周期晶体、多周期晶体、啁啾晶体、级联晶体或扇形晶体中的至少一种。
优选的，周期极化晶体的结构为块状、退火质子交换波导、脊形波导或平板波导中的至少一种。
本发明能产生的有益效果包括：
1)本发明所提供的可调谐蓝光、橙光激光器，采用常用的两种激光波段作为泵浦光源通过一块周期极化晶体后，可调谐的产生蓝光激光或/和橙光激光。
2)本发明所提供的可调谐蓝光、橙光激光器，具有灵活的波长输出，所产生蓝光激光或/和橙光激光均属于常用光谱荧光检测的波段，在光谱研究、生物医疗检测、材料科学、军事等领域具有非常广泛的应用。
3)本发明所提供的可调谐蓝光、橙光激光器，该激光器，可以同时使用多种调谐方式，能根据需要调谐后输出蓝光激光或/和橙光激光，极大地增加其使用上的灵活性，并降低了激光器的整体成本。
附图说明
图1为本发明提供可调谐蓝光、橙光激光器结构示意图；
图2为本发明优选实施例1中可调谐蓝光、橙光激光器结构示意图；
图3为本发明优选实施例2中可调谐蓝光、橙光激光器结构示意图；
图4为本发明优选实施例3中可调谐蓝光、橙光激光器结构示意图；
图5为本发明优选实施例1提供的可调谐蓝光、橙光激光器在不同温度下调谐输出的激光强度-波长曲线示意图；其中a)为温控炉温度为25℃下所得曲线示意图；b)为温控炉温度为65℃下所得曲线示意图；c)为温控炉温度为95℃下所得曲线示意图；d)为温控炉温度为100.5℃下所得曲线示意图，其中含有所产生蓝光、橙光的图片。
部件和附图标记列表：
部件名称 附图标记
第一泵浦光源 101
第二泵浦光源 102
光纤耦合器 201
耦合透镜 203
周期极化晶体 211
透镜光纤 212
温控装置 213
滤波器 301
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
参见图1，本发明提供的可调谐蓝光、橙光激光器，包括：至少两个泵浦光源、至少一个周期极化晶体211、光纤耦合器201和滤波器301。光纤耦合器201与泵浦光源光路连接，将多个泵浦光源出射的激光合束后输入周期极化晶体211中。从周期极化晶体211中输出的激光经过滤波器301后，输出波段为480～490nm和/或589nm～600nm的激光。泵浦光源和周期极化晶体211均为可调谐。通过调节泵浦光源的功率以及周期极化晶体211的工作温度，可实现不同波段激光的调谐，从而实现多种波段激光输出的调换。
该激光器结构紧凑，能同时实现输出蓝色和/或橙色激光。其中所用周期极化晶体211可以为各类常于激光器的周期极化晶体211。当设置多个泵浦光源时，仅需将多个泵浦光源均与WMD光路连接，即可实现多路激光的合束。同时采用多个周期极化晶体211时，多个周期极化晶体211依序首尾光路连接即可。仅设置单块周期极化晶体211时，其周期既是多束光和频的周期，也是其中一束光倍频周期的整数倍。也可以为两块周期极化晶体211级联设置。
优选的，泵浦光源为C波段光源或波长范围位于970-980nm内的LD光源(半导体激光器)。更优选的，C波段光源为可调谐激光器、宽带ASE光源等，泵浦光源可以为脉冲或连续方式。通过将这两种泵浦光源进行耦合后通过周期极化晶体211即可调谐的实现蓝、橙激光的输出。
优选的，周期极化晶体211为PPMgOCLN(周期性极化掺镁同成分铌酸锂)、PPLN(周期性极化铌酸锂)、PPKTP(周期极化钛氧磷酸钾)、PPSLT(周期性极化掺镁近化学计量比钽酸锂)、PPMgOCLT(周期性极化掺镁同成分钽酸锂)。周期极化晶体211的周期为单周期晶体、多周期晶体、啁啾晶体、级联晶体或扇形晶体中的至少一种。周期极化晶体211的结构为块状、退火质子交换波导、脊形波导或平板波导中的至少一种。
优选的，周期极化晶体211包括第一周期极化晶体211和第二周期极化晶体211，第一周期极化晶体211的入光端与光纤耦合器201光路连接，第一周期极化晶体211的出光端与第二周期极化晶体211的入光端经耦合透镜203耦合后光路连接。串联使用多个周期极化晶体211能同时实现宽带和高效率的频率转换。
优选的，可调谐蓝光、橙光激光器还包括耦合透镜203，耦合透镜203设置于光纤耦合器201与周期极化晶体211相连接的光路上。耦合透镜203可以为C-lens透镜、非球面透镜、平凸透镜、光纤透镜等均可，还可以根据需要将多个耦合透镜203联合使用。
优选的，可调谐蓝光、橙光激光器还包括温控装置213，温控装置213与周期极化晶体211导热连接。通过设置温控装置213来控制周期极化晶体211的工作温度。从而通过调节周期极化晶体211的工作温度实现可调谐。温控装置213可以为温控炉。
优选的，滤波器301对波长480～490nm和589nm～600nm的激光高透。实现过滤其他颜色杂光的作用。
优选的，可调谐蓝光、橙光激光器还包括电源和电源控制模块，电源分别与泵浦光源和温控装置213供电连接，电源控制模块与电源控制连接。电源分别与泵浦光源功率和温控装置213供电连接，电源控制模块分别控制泵浦光源功率和温控装置213的电源。从而实现对泵浦光源功率、温控装置213电流通/断/电流大小的控制。
显然本发明还可以用于其他利用单周期极化晶体211并同时具有和频和倍频等多种非线性频率转换效应的多色激光器的制作，也可以用于其他利用啁啾级联结构的周期极化晶体211的多色激光器制作，另外还可以用于其他利用周期极化晶体211脊型光波导结构的多色激光器制作。
以下结合具体实施例进行说明。
实施例1
参见图2，本发明提供的实施例1中可调谐蓝光、橙光激光器包括：第一泵浦光源101和第二泵浦光源102、光纤耦合器201、耦合透镜203、周期极化晶体211、温控装置213和滤波器301。第一泵浦光源101和第二泵浦光源102的出射端均与光纤耦合器201的入射端光路连接。此实施例中第一泵浦光源101为C波段可调谐激光器(增加EDFA放大模块亦可)。第二泵浦光源102为～976nm的半导体激光器。
光纤耦合器201将第一泵浦光源101和第二泵浦光源102的激光合束后输出。光纤耦合器201的出射端与耦合透镜203入射端光路连接。此实施例中，耦合透镜203包括依序光路连接的C-Lens透镜和耦合透镜203组。C-Lens准直透镜将从光纤耦合器201出射的激光准直后，射入耦合透镜203组后聚焦进入周期极化晶体211中。
此实施例中，周期极化晶体211的周期约为10.4um，周期约为10.4um既是～1550nm和～976nm之间的和频周期，同时也是～976nm的倍频周期的2倍。周期极化晶体211的结构可以为块状的PPMgOCLN。
周期极化晶体211的外侧设置温控装置213对其进行加温操作。周期极化晶体211与滤波器301光路连接。
该实施例中的激光器还包括电源控制模块(图中未示出)，电源控制模块与电源供电连接，同时与温控装置213和第一泵浦光源101和第二泵浦光源102控制连接。通过调节电源控制模块实现调控。
本实施例中所得可调谐蓝光、橙光激光器通过控制温控装置213的温度，从而控制周期极化晶体211的工作温度，所得不同温度下该激光器出射激光的波长-强度曲线图如附图5所示。参见附图5a)，，在25℃的工作温度下，该激光器能产生波长600nm强度约为0.5a.u。参见附图5b)在65℃时，能产生波长600nm强度约为0.9a.u。参见附图5c)在95℃时，能产生强度约为0.95a.u波长600nm的第一激光，以及强度0.05a.u波长487.5nm的第二激光。此时已经能同时产生蓝色和橙色双色激光，只是此时蓝色激光强度较低。参见附图5d)，在100.5℃时，能产生强度约为0.95a.u波长600nm的第一激光，以及强度0.95a.u波长487.5nm的第二激光。由此可见，随着周期极化晶体211工作温度的调节，能同时获得不同功率比的蓝色和橙色双色激光，参见附图5)中的图片可知。
实施例2
参见图3，本发明提供的实施例2中可调谐蓝光、橙光激光器包括：第一泵浦光源101和第二泵浦光源102、光纤耦合器201、耦合透镜203、第一周期极化晶体211、耦合透镜203、第二周期极化晶体211、温控装置213和滤波器301。第一泵浦光源101和第二泵浦光源102的出射端均与光纤耦合器201的入射端光路连接。此实施例中第一泵浦光源101为含EDFA放大模块的C波段可调谐激光器。第二泵浦光源102为～976nm的半导体激光器。
光纤耦合器201将第一泵浦光源101和第二泵浦光源102的激光合束后输出。光纤耦合器201的出射端与耦合透镜203入射端光路连接。此实施例中，耦合透镜203包括依序光路连接的非球面透镜和耦合透镜203组。非球面透镜将从光纤耦合器201出射的激光准直后，射入耦合透镜203组后聚焦进入第一周期极化晶体211中。第一周期极化晶体211的出光面与第二周期极化晶体211的入光面通过耦合透镜203光路连接。第二周期极化晶体211的出光面与滤波器301光路连接，出射的激光经过滤波出射。第一、第二周期极化晶体211的外壁上均设置温控装置213。
此处的第一周期极化晶体211的周期约为10.4um，周期约为10.4um既是～1550nm和～976nm之间的和频周期，同时也是～976nm的倍频周期的2倍。第二周期极化晶体211为PPSLT的啁啾晶体或级联晶体，结构为退火质子交换波导。本实施例中也包含如实施例1中的电源控制模块。通过调节第一、第二泵浦光源102的电流功率实现多种波段激光的输出。
实施例3
参见图4，本发明提供的实施例3中可调谐蓝光、橙光激光器包括：第一泵浦光源101和第二泵浦光源102、光纤耦合器201、周期极化晶体211、温控装置213和滤波器301。第一泵浦光源101和第二泵浦光源102的出射端均与光纤耦合器201的入射端光路连接。此实施例中第一泵浦光源101为C波段可调谐激光器。第二泵浦光源102为980nm的半导体激光器。
光纤耦合器201将第一泵浦光源101和第二泵浦光源102的激光合束后输出。光纤耦合器201与周期极化晶体211的入光面通过透镜光纤212光路连接，透镜光纤212将激光耦合进入周期极化晶体211。
该周期极化晶体211进端面芯径尺寸约为8um*8um。周期极化晶体211为键合型光波导。周期极化晶体211的周期约为10.4um，既为～1550nm和～976nm之间的和频周期，同时也是～976nm的倍频周期的2倍。
周期极化晶体211的出光面与滤波器301光路连接。周期极化晶体211的外壁上设置温控装置213。含实施例1中所示的电源控制模块且连接方式相同。
以上，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，包括：至少两个泵浦光源、至少一个周期极化晶体、光纤耦合器和滤波器，所述光纤耦合器的入光端分别与所述泵浦光源的出射端光路连接；
所述光纤耦合器的出光端与所述周期极化晶体的入光面光路连接；
所述周期极化晶体的出光面与所述滤波器光路连接；
所述周期极化晶体的出光面输出波段为480～490nm和/或589nm～600nm的激光。
2.根据权利要求1所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述可调谐蓝光、橙光激光器还包括耦合透镜，所述耦合透镜设置于所述光纤耦合器与所述周期极化晶体相连接的光路上。
3.根据权利要求1所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述可调谐蓝光、橙光激光器还包括温控装置，所述温控装置与所述周期极化晶体导热连接。
4.根据权利要求1所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述可调谐蓝光、橙光激光器还包括电源和电源控制模块，所述电源分别与所述泵浦光源和所述温控装置供电连接，所述电源控制模块与所述电源控制连接。
5.根据权利要求1所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述泵浦光源为C波段光源或波长范围位于970-980nm内的半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述滤波器对波长480～490nm和589nm～600nm的激光高透。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述周期极化晶体包括第一周期极化晶体和第二周期极化晶体，所述第一周期极化晶体的入光端与所述光纤耦合器光路连接，所述第一周期极化晶体的出光端与所述第二周期极化晶体的入光端经耦合透镜光路连接。
8.根据权利要求7所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述泵浦光源为脉冲或连续方式。
9.根据权利要求7所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述周期极化晶体的周期为单周期晶体、多周期晶体、啁啾晶体、级联晶体或扇形晶体中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的可调谐蓝光、橙光激光器，其特征在于，所述周期极化晶体的结构为块状、退火质子交换波导、脊形波导或平板波导中的至少一种。
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