CN110416876A - 基于全光纤非相干合束的高功率中红外量子级联激光器 - Google Patents
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Abstract
一种基于全光纤非相干合束的高功率中红外量子级联激光器。其包括光纤耦合量子级联激光器、光纤合束器和激光输出头；其中多个光纤耦合量子级联激光器的输出光纤分别与光纤合束器的多个输入光纤连接；光纤合束器的输出光纤与激光输出头连接。本发明提供的基于全光纤非相干合束的高功率中红外波段量子级联激光器一方面可以实现高输出功率(比如百瓦量级)，将现有中红外波段量子级联激光器的输出功率提高一个量级，另外一方面激光器输出实现了光纤“柔性”输出，整个系统具备结构简单，稳定可靠等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤和激光技术领域，具体涉及一种基于全光纤非相干合束的高功率中红外量子级联激光器。
背景技术
量子级联激光器的发明是半导体激光器领域中具有里程碑意义的发展,开创了中远红外半导体激光的新领域。工作波长在中红外波段的半导体激光器非常少，而量子级联激光器恰恰工作于中红外区域(2.75-25μm)，而且波长可调谐。量子级联激光器目前的主要用途是气体检测、红外对抗和太赫兹通信，尤其是在中波红外3-5μm波段，基本达到了实用化程度，然而由于受到器件结构及材料性质限制，进一步提高量子级联激光器的输出功率十分困难。激光合束技术作为获得高功率输出最直接办法，在近红外半导体激光器领域发展比较成熟，已经可以实现柔性的全光纤结构。目前应用于量子级联激光器的各类合束技术(相干合束、光谱合束、波导合束、偏振合束等)均依赖于各类空间器件，系统结构复杂，离实用化具有很大差距。
申请号为201811482773.2，发明名称为“一种基于量子级联激光器的合束系统”的中国发明专利申请公开了一种基于偏振合束技术实现的量子级联激光器合束方案，但其缺点是仅限于空间合束，受限于量子级联激光器目前的封装工艺无法获得高功率(比如百瓦量级)的中红外激光。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于全光纤非相干合束的高功率中红外量子级联激光器。
为了达到上述目的，本发明提供的基于全光纤非相干合束的高功率中红外量子级联激光器包括光纤耦合量子级联激光器、光纤合束器和激光输出头；其中多个光纤耦合量子级联激光器的输出光纤分别与光纤合束器的多个输入光纤连接；光纤合束器的输出光纤与激光输出头连接。
所述的光纤耦合量子级联激光器为单管芯中红外量子级联激光器，输出光纤为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，工作波长为3～5μm。
所述的光纤合束器为N×1光纤合束器，N＝3M×(M+1)+1，其中M＝1,2,3....，光纤合束器的输入光纤和输出光纤均为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，输出光纤与输入光纤满足其中n为输入光纤的数量，Din为输入光纤的纤芯直径，NAin为输入光纤的纤芯数值孔径，Dout为输出光纤的纤芯直径，NAout为输出光纤的纤芯数值孔径，所有输入光纤为相同规格的光纤。
所述的光纤耦合量子级联激光器的输出光纤与激光合束器的输入光纤为同种型号的光纤。
所述的激光输出头为中红外光纤端帽，光纤为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，端帽输出端面呈8度以上倾斜角，并且端面镀有3-5μm波段的高透膜。
本发明提供的基于全光纤非相干合束的高功率中红外波段量子级联激光器一方面可以实现高输出功率(比如百瓦量级)，将现有中红外波段量子级联激光器的输出功率提高一个量级，另外一方面激光器输出实现了光纤“柔性”输出，整个系统具备结构简单，稳定可靠等优点。
附图说明
图1是本发明提供的基于全光纤非相干合束的高功率中红外波段量子级联激光器结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都在本发明保护范围内。
如图1所示，本发明提供的基于全光纤非相干合束的高功率中红外波段量子级联激光器包括光纤耦合量子级联激光器10、光纤合束器11和激光输出头12；其中多个光纤耦合量子级联激光器10的输出光纤10a分别与光纤合束器11的多个输入光纤11a连接；光纤合束器11的输出光纤11b与激光输出头12连接。
所述的光纤耦合量子级联激光器10为单管芯中红外量子级联激光器，输出光纤10a为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，纤芯直径为100μm，包层直径为170μm，涂覆层直径为330μm，纤芯数值孔径为0.27，工作波长为3～5μm，输出功率大于15W。
所述的光纤合束器11为N×1光纤合束器，N＝3M×(M+1)+1，其中M＝1,2,3....，本发明中光纤合束器11为7×1光纤合束器；光纤合束器11的输入光纤11a和输出光纤11b均为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，输入光纤11a的纤芯直径为100μm，包层直径为170μm，涂覆层直径为330μm，纤芯数值孔径为0.27；输出光纤11b的纤芯直径为300μm，包层直径为370μm，涂覆层直径为550μm，纤芯数值孔径为0.354。通过对7个15W光纤耦合量子级联激光器10的全光纤非相干合束，可以得到百瓦量级功率输出。输出光纤11b与输入光纤11a满足其中n为输入光纤11a的数量，Din为输入光纤11a的纤芯直径，NAin为输入光纤的纤芯数值孔径，Dout为输出光纤11b的纤芯直径，NAout为输出光纤11b的纤芯数值孔径，所有输入光纤11a为相同规格的光纤。
所述的激光输出头12为中红外光纤端帽，光纤为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，本发明中采用氟化物光纤，氟化物光纤的纤芯直径为300μm，包层直径为370μm，涂覆层直径为550μm，纤芯数值孔径为0.354，端帽输出端面呈8度倾斜角，镀有3-5μm高透膜，透过率>99.9％。
本发明主要利用N×1光纤合束器将多个光纤耦合量子级联激光器输出的中红外激光合束到一根输出光纤中，实现了中红外激光的全光纤功率合束，将现有中红外波段量子级联激光器的输出功率提高一个量级。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员可以做出多种变更或者变化，这些变更或者变化都应涵盖在本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于全光纤非相干合束的高功率中红外量子级联激光器，其特征在于：所述的高功率中红外量子级联激光器包括光纤耦合量子级联激光器(10)、光纤合束器(11)和激光输出头(12)；其中多个光纤耦合量子级联激光器(10)的输出光纤(10a)分别与光纤合束器(11)的多个输入光纤(11a)连接；光纤合束器(11)的输出光纤(11b)与激光输出头(12)连接。
2.根据权利要求1所述的高功率中红外量子级联激光器，其特征在于：所述的光纤耦合量子级联激光器(10)为单管芯中红外量子级联激光器，输出光纤(10a)为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，工作波长为3～5μm。
3.根据权利要求1所述的高功率中红外量子级联激光器，其特征在于：所述的光纤合束器(11)为N×1光纤合束器，N＝3M×(M+1)+1，其中M＝1,2,3....，光纤合束器(11)的输入光纤(11a)和输出光纤(11b)均为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，输出光纤(11b)与输入光纤(11a)满足其中n为输入光纤(11a)的数量，Din为输入光纤(11a)的纤芯直径，NAin为输入光纤的纤芯数值孔径，Dout为输出光纤(11b)的纤芯直径，NAout为输出光纤(11b)的纤芯数值孔径，所有输入光纤(11a)为相同规格的光纤。
4.根据权利要求1所述的高功率中红外量子级联激光器，其特征在于：所述的光纤耦合量子级联激光器(10)的输出光纤(10a)与激光合束器(11)的输入光纤(11a)为同种型号的光纤。
5.根据权利要求1所述的高功率中红外量子级联激光器，其特征在于：所述的激光输出头(12)为中红外光纤端帽，光纤为氟化物光纤、硫化物光纤或者碲化物光纤，端帽输出端面呈8度以上倾斜角，并且端面镀有3-5μm波段的高透膜。
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