CN110429461B - 一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，所述光纤激光器包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、AlF₃端帽。本申请第一泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的内包层中，在铒离子能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm激光辐射，通过第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的纤芯中，将能级⁴I_13/2上的激发态铒离子抽运到能级⁴I_9/2，增加⁴I_11/2能级上的铒离子数的同时抑制了能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间1.6μm激光的产生带来的激光器的热量上升，显著增加了光纤激光器2.8μm的激光辐射的斜率效率和输出功率。

Description

一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及的是一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法。

背景技术

光纤激光器作为一种新型的激光器，具有转化效率高、光束质量好、散热量好、易于集成等一系列显著的优势。2012年，Nature Photonics杂志聚焦报道了中红外光纤激光技术，促进了光纤激光器的进一步发展。其中，3μm中红外光纤激光器在生物医疗、环境监测、通信和国防空间光电对抗等领域具有极大的应用价值和发展前景。

目前，掺铒氟化物光纤激光器是3μm波长范围内最有前途的高功率激光源之一，它可以由最常见的激光二极管直接泵浦，典型的单波长泵浦产生3μm波段激光器装置如图1所示，泵浦源激光器11发出的泵浦光经过掺铒氟化物光纤12，耦合进入掺铒氟化物光纤14中，泵浦源激光器11发出的泵浦光将基态铒离子抽运到2.8μm激光上能级⁴I_11/2上由光纤端帽15输出2.8μm激光。但由于铒离子在2.8μm波段的中红外激光跃迁的下能级⁴I_13/2寿命比上能级⁴I_11/2寿命大，不利于激光发射过程中保持足够的反转粒子数，当粒子反转数达不到一定程度时激光能级跃迁就会自终止。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，克服现有技术中由于铒离子在2.8μm波段的中红外激光跃迁的下能级⁴I_13/2寿命比上能级⁴I_11/2寿命大，导致激光能级跃迁自终止的缺陷。

本发明所公开的第一实施例为一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、AlF₃端帽；其中，

所述第一泵浦激光器用于产生第一泵浦光；

所述第二泵浦激光器用于产生第二泵浦光；

所述第一光纤布拉格光栅与所述AlF₃端帽形成光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤位于所述光学谐振腔内；

所述第一泵浦光和所述第二泵浦光经过所述合束器合束后，分别耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层和纤芯中，在所述光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF₃端帽输出。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述光纤激光器还包括第二光纤布拉格光栅；

所述第二光纤布拉格光栅将所述第二泵浦光反射回所述光学谐振腔中，使其被所述双包层掺铒氟化物光纤完全吸收。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第一泵浦光的波长为976nm。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第二泵浦光的波长为1600～1620nm。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层直径为100~300μm，所述双包层掺铒氟化物光纤的纤芯直径为10~30μm。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第一光纤布拉格光栅的工作波长为2.8μm，工作带宽小于0.9nm。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第二光纤布拉格光栅的工作波长为1.6μm，工作带宽小于0.25nm。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述光纤激光器还包括包层模式剥离器；

所述包层模式剥离器位于所述第二光纤布拉格光栅与所述AlF₃端帽之间，用于滤除残余的第一泵浦光。

所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述双包层掺铒氟化物光纤中以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为l%~3%，所述双包层掺铒氟化物光纤长度为15~20m。

一种所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器的激光产生方法，其中，包括步骤：

第一泵浦激光器产生第一泵浦光；

第二泵浦激光器产生第二泵浦光；

所述第一泵浦光和所述第二泵浦光经过所述合束器合束后，分别耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层和纤芯中，在所述光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF₃端帽输出。

有益效果，本发明提供了一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，通过第一泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的内包层中，在铒离子能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm激光辐射的同时，通过第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的纤芯中，将能级⁴I_13/2上的激发态铒离子抽运到能级⁴I_9/2，能级⁴I_9/2上的粒子通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，增加⁴I_11/2能级上的铒离子数的同时减少了铒离子在能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间产生1.6μm激光带来的激光器的热量上升，显著增加了光纤激光器2.8μm的激光辐射的斜率效率和输出功率。

附图说明

图1是现有技术中掺铒氟化物光纤激光器的结构示意图；

图2是本发明所提供的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器的结构示意图；

图3是本发明所提供的激光产生方法的具体实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于现有技术中单波长泵浦产生3um波段激光器装置，是由976nm泵浦源激光器发出的泵浦光将基态铒离子抽运到2.8μm激光上能级⁴I_11/2上由光纤端帽15输出2.8μm激光。这种方式中由于铒离子在2.8μm波段的中红外激光跃迁的下能级⁴I_13/2寿命比上能级⁴I_11/2寿命大，不利于激光发射过程中保持足够的反转粒子数，当粒子反转数达不到一定程度时激光能级跃迁就会自终止。为了解决上述问题，本发明提供了一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，如图2所示。本发明的光纤激光器包括：包括第一泵浦激光器21、第二泵浦激光器22、合束器23、第一光纤布拉格光栅24、双包层掺铒氟化物光纤25、AlF₃端帽28。其中，所述第一泵浦激光器21用于产生第一泵浦光；所述第二泵浦激光器22用于产生第二泵浦光；所述第一泵浦激光器21和所述第二泵浦激光器22分别与所述合束器23连接，以便将产生的第一泵浦光和第二泵浦光传输到所述合束器23合成一束；所述第一泵浦光和所述第二泵浦光经过所述合束器23合束后，所述第一泵浦光耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤25的内包层中，所述第二泵浦光耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤25的纤芯中。所述第一光纤布拉格光栅24与所述AlF₃端帽28之间形成光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤25位于光学谐振腔内。

光经过所述合束器23合束后直接耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤25的内包层和纤芯中能够实现全光纤结构。

具体实施时，在双包层掺铒氟化物光纤25中内包层作为泵浦光的通道存在，需要有大的数值孔径和与纤芯比足够大的直径，以方便泵浦光耦合。内包层要采用比纤芯低的折射率，利用全反射将激发的信息激光的传播限制在纤芯内。优选地，本实施例中所述双包层掺铒氟化物光纤25的内包层直径为100~300μm，所述双包层掺铒氟化物光纤25的纤芯直径为10~30μm。这种大模场合大数值孔径设计有利于高功率的泵浦光耦合进增益光纤，与纤芯的稀土离子充分相互作用并实施有效泵浦，从而可以得到高功率的激光输出。

进一步地，本实施例中所述第一泵浦激光器21产生的第一泵浦光的波长为976nm，所述第一泵浦光经分束器23耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤25的内包层中，通过多次穿越纤芯，激发纤芯内位于能级⁴I_15/2上的基态铒离子抽运到能级⁴I_11/2上，以此形成粒子数反转，从而在能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm的激光辐射。但在此过程中由于铒离子在激发能级⁴I_13/2上的离子存留时间（9.0ms），远远大于在更高能级⁴I_11/2的存留时间（6.9ms），且铒离子会从⁴I_11/2高能级抽运到更高能级⁴F_7/2上，从而导致⁴I_11/2能级上的铒离子数减少，进而导致粒子反转数不足激光能级跃迁自终止。

为了解决⁴I_11/2能级上的铒离子数减少导致激光能级跃迁自终止的问题，本实施例中在通过第一泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤25的内包层中，在铒离子能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm激光辐射的同时，还通过第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤25纤芯中，来增加⁴I_11/2能级上的铒离子数，进而解决激光能级跃迁自终止的问题。优选地，所述第二泵浦激光器22产生的第二泵浦光的波长为1600～1620nm，优选为1610 nm。当波长为1600～1620nm的第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤25纤芯中后，能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会在第二泵浦光的作用下，通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，由于能级⁴I_9/2态的寿命非常短（10μs），能级⁴I_9/2上的粒子将通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，使得能级⁴I_13/2上的粒子循环利用来增加⁴I_11/2能级上的铒离子数，进而显著增加了光纤激光器2.8μm的激光辐射的斜率效率和输出功率。

进一步地，第一泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤25的内包层中，在铒离子能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm激光辐射的同时，在能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间会产生1.6μm激光，使得光纤激光器的效率降低且这部分能量没有被利用，产生大量热量，限制了激光器输出功率的进一步提升。本实施例中将波长为1600～1620nm的第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤25纤芯中后，能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，从而抑制了激光器在能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间1.6μm激光的产生带来的激光器的热量上升，提高了激光器效率。

优选地，所述第一光纤布拉格光栅24的工作波长为2.8μm，工作带宽小于0.9nm。第一泵浦光经过分束器23耦合进入双包层掺铒氟化物光纤25的内包层中，通过多次穿越纤芯，激发纤芯内掺杂的铒离子吸取，使下能级铒离子数向高能级跃迁，一旦上能级铒离子受激辐射便会形成光波，而后在光学谐振腔之间来回传输，当光束的增益大于损耗时就获得了激光输出。

具体实施时，本实施例在光纤激光器中还设置了第二光纤布拉格光栅26，所述第二光纤布拉格光栅26设置在双包层掺铒氟化物光纤25与AlF₃端帽28之间，所述第二光纤布拉格光栅26的工作波长为1.6μm，工作带宽小于0.25nm。所述第二光纤布拉格光栅26将未被铒离子吸收的第二泵浦光反射回光学谐振腔中，使所述第二泵浦光被所述双包层掺铒氟化物光纤25完全吸收，从而提高激光辐射斜率效率和光纤激光器的输出功率。

具体实施时，在本实施例中虽然大部分的第一泵浦光都能经过分束器23被耦合进入双包层掺铒氟化物光纤25内包层中，但仍然会有少部分残余的第一泵浦光由AlF₃端帽28直接输出，从而影响AlF₃端帽28输出2.8μm激光。因此，本实施例中在第二光纤布拉格光栅26与AlF₃端帽28之间还设置了包层模式剥离器27，所述包层模式剥离器27用于滤除残余的第一泵浦光，使得AlF₃端帽28输出的为2.8μm激光。

进一步地，由于双包层掺铒氟化物光纤25的尖端暴露于空气中，水蒸汽与双包层掺铒氟化物光纤25的尖端反应，增加了双包层掺铒氟化物光纤25表面的羟基污染物。根据菲克定律，这些羟基杂质在双包层掺铒氟化物光纤25内扩散，2.8μm激光辐射被羟基污染物强烈吸收，导致光纤尖端局部加热，扩散过程增加，最终导致双包层掺铒氟化物光纤25尖端破坏。本实施例中通过AlF₃端帽28输出激光，可以减少与双包层掺铒氟化物光纤25尖端中羟基扩散相关的灾难性光学损伤，防止发生光纤末端破裂，以及提供4%的菲涅尔反射作为2.8μm激光的反馈。

具体实施时，本实施例中所述双包层掺铒氟化物光纤25以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为l%~3%，所述双包层掺铒氟化物光纤长度为15~20m。前述步骤中提到现有技术中用于产生3um波段的激光器中由于反转粒子数不足，容易造成激光能级跃迁自终止，为了解决这一问题通常是增加掺铒氟化物光纤中铒离子摩尔百分比（7%以上）来增加反转粒子数，但该方法在增加反转粒子数的同时会造成激光器产热严重，限制了激光器输出功率的进一步提升。本实施中双包层掺铒氟化物光纤25中以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为l%~3%，双包层掺铒氟化物光纤25长度为15~20m，就能够使光纤激光器2.8μm的激光辐射的斜率效率大于50%，且激光器工作稳定、产热少。

此外，本发明还提供了一种上述双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器的激光产生方法，如图3所示，其包括以下步骤：

S1、第一泵浦激光器产生第一泵浦光；

S2、第二泵浦激光器产生第二泵浦光；

S3、所述第一泵浦光和所述第二泵浦光经过所述合束器合束后，分别耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层和纤芯中，在所述光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF₃端帽输出。

具体实施时，本实施例中设置了泵浦激光器分别产生泵浦光，即第一泵浦激光器产生第一泵浦光和第二泵浦激光器产生第二泵浦光。第一泵浦光和第二泵浦光经过合束器合成一束后，耦合进入双包层掺铒氟化物光纤中。优选地，第一泵浦光的波长为976nm，所述第一泵浦光经分束器耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层中，通过多次穿越纤芯，激发纤芯内位于能级⁴I_15/2上的基态铒离子抽运到能级⁴I_11/2，以此形成粒子数反转，从而在能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm的激光辐射。而后在第一光纤布拉格光栅与所述AlF₃端帽形成光学谐振腔之间来回传输，当光束的增益大于损耗时就获得了激光并由所述AlF₃端帽输出。

具体实施时，上述步骤位于能级⁴I_15/2上的基态铒离子通过基态吸收被抽运到能级⁴I_11/2形成粒子反转的过程中，由于铒离子在激发能级⁴I_13/2上的离子存留时间（9.0ms），远远大于在更高能级⁴I_11/2的存留时间（6.9ms），且铒离子会从⁴I_11/2高能级抽运到更高能级⁴F_7/2上，从而导致⁴I_11/2能级上的铒离子数减少，进而导致粒子反转数不足激光能级跃迁自终止。本实施例中在第一泵浦光耦合到掺铒氟化物光纤中形成2.8μm激光辐射的同时，第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤纤芯中，来增加⁴I_11/2能级上的铒离子数以解决激光能级跃迁自终止的问题。优选地，第二泵浦光的波长为1600～1620nm。当波长为1600～1620nm的第二泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的纤芯中后，能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会在第二泵浦光的作用下，通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，由于能级⁴I_9/2态的寿命非常短（10μs），能级⁴I_9/2上的粒子将通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，使得能级⁴I_13/2上的粒子循环利用来增加⁴I_11/2能级上的铒离子数，进而显著增加了光纤激光器2.8μm的激光辐射的斜率效率和输出功率。

进一步地，第一泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的内包层中，在铒离子能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm激光辐射的同时，在能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间会产生1.6μm激光，使得光纤激光器的效率降低且这部分能量没有被利用，产生大量热量，限制了激光器输出功率的进一步提升。本实施例中将波长为1600～1620nm的第二泵浦光耦合到掺铒氟化物光纤中后，能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，从而抑制了激光器在能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间1.6μm激光的产生带来的激光器的热量上升，提高了激光器效率。

具体实施时，本实施例第二泵浦光经分束器耦合进入双包层掺铒氟化物光纤的纤芯中，所述第二光纤布拉格光栅将未被铒离子吸收的第二泵浦光反射回所述光学谐振腔中，使其被所述双包层掺铒氟化物光纤完全吸收，从而提高激光辐射斜率效率和光纤激光器的输出功率。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。

实施实例1

一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，所述光纤激光器包括：

如图2所示，976nm泵浦激光器21、1.610μm泵浦激光器22、合束器23、第一光纤布拉格光栅24、双包层掺铒氟化物光纤25、第二光纤布拉格光栅26、包层模式剥离器27、AlF₃端帽28。

所述第一光纤布拉格光栅24和AlF₃端帽28一同构成2.8μm波段光纤激光器的光学谐振腔，产生的波长为2.825μm的激光由AlF₃端帽28输出。

所述泵浦激光器21输出波长为976nm，泵浦激光器22输出波长为1610nm，两束激光经过合束器23合束后，分别耦合进入到双包层掺铒氟化物光纤25内包层和纤芯中。

所述双包层掺铒氟化物光纤25的内包层直径为150μm，所述双包层掺铒氟化物光纤25的纤芯直径为20μm。

所述第一光纤布拉格光栅24同时作为泵浦输入镜和选频元件，和AlF₃端帽28构成2.8μm激光的光学谐振腔，对2.8μm激光反射率大于99%，工作带宽小于0.9nm。

所述第二光纤布拉格光栅26将未被铒离子吸收的1.610μm泵浦光反射回光学谐振腔内，使1.610μm泵浦光在腔内被所述双包层掺铒氟化物光纤25完全吸收，第二光纤布拉格光栅26对1.610μm泵浦光反射率大于99%，工作带宽小于0.25nm。

所述双包层掺铒氟化物光纤25以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为1%，长度为15m。

所述泵浦激光器21输出波长为976nm，泵浦激光器22输出波长为1610nm，两束激光经过合束器23合束后，分别耦合进入双包层掺铒氟化物光纤25的内包层和纤芯中，当泵浦激光器21开始时，位于能级⁴I_15/2上的基态铒离子会通过基态吸收被抽运到能级⁴I_11/2，以此形成粒子数反转，从而在能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm的激光辐射，同时能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会在产生波长为1.610μm泵浦光的泵浦激光器22的泵浦下，通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，由于能级⁴I_9/2态的寿命非常短，为10μs，能级⁴I_9/2上的粒子将通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，使得能级⁴I_13/2上的粒子循环利用，2.8μm的激光辐射的斜率效率显著增加，斜率效率达到51%，输出功率达31W。

实施实例2

一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，所述光纤激光器包括：

如图2所示，976nm泵浦激光器21、1.613μm泵浦激光器22、合束器23、第一光纤布拉格光栅24、掺铒氟化物光纤25、第二光纤布拉格光栅26、包层模式剥离器27、AlF₃端帽28。

所述第一光纤布拉格光栅24和AlF₃端帽28一同构成2.8μm波段光纤激光器的光学谐振腔，产生的波长为2.825μm的激光由AlF₃端帽28输出。

所述泵浦激光器21输出波长为976nm，泵浦激光器22输出波长为1613 nm，两束激光经过合束器23合束后，耦合进入到双包层掺铒氟化物光纤25中。

所述双包层掺铒氟化物光纤25内包层的直径为200μm，所述双包层掺铒氟化物光纤25纤芯的直径为15μm。

所述第一光纤布拉格光栅24同时作为泵浦输入镜和选频元件，和AlF₃端帽28构成2.8μm激光的光学谐振腔，对2.8μm激光反射率大于99%，工作带宽小于0.9nm。

所述第二光纤布拉格光栅26将未被铒离子吸收的1.613μm泵浦光反射回光学谐振腔内，使1.613μm泵浦光在腔内被所述双包层掺铒氟化物光纤25完全吸收，第二光纤布拉格光栅26对1.613μm泵浦光反射率大于99%，工作带宽小于0.25nm。

所述掺双包层掺铒氟化物光纤25以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为2%，长度为18m。

所述泵浦激光器21输出波长为976nm，泵浦激光器22输出波长为1613nm，两束激光经过合束器23合束后，分别耦合进入双包层掺铒氟化物光纤25的内包层和纤芯中，当泵浦激光器21开始时，位于能级⁴I_15/2上的基态铒离子会通过基态吸收被抽运到能级⁴I_11/2，以此形成粒子数反转，从而在能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm的激光辐射，同时能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会在产生波长为1.613μm泵浦光的泵浦激光器22的泵浦下，通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，由于能级⁴I_9/2态的寿命非常短（10μs），能级⁴I_9/2上的粒子将通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，使得能级⁴I_13/2上的粒子循环利用，2.8μm的激光辐射的斜率效率显著增加，斜率效率达到53%输出功率达32W。

实施实例3

一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，所述光纤激光器包括：

如图2所示，976nm泵浦激光器21、1.617μm泵浦激光器22、合束器23、第一光纤布拉格光栅24、掺铒氟化物光纤25、第二光纤布拉格光栅26、包层模式剥离器27、AlF₃端帽28。

所述第一光纤布拉格光栅24和AlF₃端帽28一同构成2.8μm波段光纤激光器的光学谐振腔，产生的2.825μm波段激光由AlF₃端帽28输出。

所述泵浦激光器21输出波长为976nm，泵浦激光器22输出波长为1617 nm，两束激光经过合束器合23合束后，分别耦合进入到双包层掺铒氟化物光纤25的内包层和纤芯中。

所述双包层掺铒氟化物光纤25的内包层直径为250μm，所述双包层掺铒氟化物光纤25的纤芯直径为15μm。

所述第一光纤布拉格光栅24同时作为泵浦输入镜和选频元件，和AlF₃端帽28构成2.8μm激光的光学谐振腔，对2.8μm激光反射率大于99%，工作带宽小于0.9nm。

所述第二光纤布拉格光栅26将未被铒离子吸收的1.617μm泵浦光约束在二者之中，使1.617μm泵浦光在腔内被所述双包层掺铒氟化物光纤25完全吸收，第二光纤布拉格光栅26对1.617μm泵浦光反射率大于99%，工作带宽小于0.25nm。

所述双包层掺铒氟化物光纤25以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为3%，长度为20m。

所述泵浦激光器21输出波长为976nm，泵浦激光器22输出波长为1617 nm，两束激光经过合束器23合束后，分别耦合进入双包层掺铒氟化物光纤25的内包层和纤芯中，当泵浦激光器21开始时，位于能级⁴I_15/2上的基态铒离子会通过基态吸收被抽运到能级⁴I_11/2，以此形成粒子数反转，从而在能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm的激光辐射，同时能级⁴I_13/2上的激发态铒离子会在产生波长为1.617μm泵浦光的泵浦激光器22的泵浦下，通过激发态吸收被抽运到能级⁴I_9/2，由于能级⁴I_9/2态的寿命非常短（10μs），能级⁴I_9/2上的粒子将通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，使得能级⁴I_13/2上的粒子循环利用，2.8μm的激光辐射的斜率效率显著增加，斜率效率达到55%，输出功率达34W。

综上所述，本发明提供了双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，所述光纤激光器包括：第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、AlF₃端帽。本申请第一泵浦激光器产生的泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的内包层中，在铒离子能级⁴I_11/2和能级⁴I_13/2之间形成2.8μm激光辐射的同时，通过第一泵浦激光器产生的泵浦光耦合到双包层掺铒氟化物光纤的纤芯中，将能级⁴I_13/2上的激发态铒离子抽运到能级⁴I_9/2，能级⁴I_9/2上的粒子通过多声子弛豫回到⁴I_11/2能级，增加⁴I_11/2能级上的铒离子数的同时减少了铒离子在能级⁴I_13/2与⁴I_15/2之间产生1.6μm激光带来的激光器的热量上升，，显著增加了光纤激光器2.8μm的激光辐射的斜率效率和输出功率。

应当理解的是，本发明的系统应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，包括第一泵浦激光器、第二泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、AlF3端帽；其中，

所述第一泵浦激光器用于产生第一泵浦光；

所述第二泵浦激光器用于产生第二泵浦光；

所述第一光纤布拉格光栅与所述AlF3端帽形成光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤位于所述光学谐振腔内；

所述第一泵浦光和所述第二泵浦光经过所述合束器合束后，分别耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层和纤芯中，在所述光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF3端帽输出；

所述光纤激光器还包括第二光纤布拉格光栅；

所述第二光纤布拉格光栅设置于所述双包层掺铒氟化物光纤与所述AlF3端帽之间，所述第二光纤布拉格光栅将所述第二泵浦光反射回所述光学谐振腔中，使其被所述双包层掺铒氟化物光纤完全吸收；

所述第二泵浦光的波长为1600～1620nm。

2.根据权利要求1所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述第一泵浦光的波长为976nm。

3.根据权利要求1所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层直径为100～300μm，所述双包层掺铒氟化物光纤的纤芯直径为10～30μm。

4.根据权利要求1所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤布拉格光栅的工作波长为2.8μm，工作带宽小于0.9nm。

5.根据权利要求2所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述第二光纤布拉格光栅的工作波长为1.6μm，工作带宽小于0.25nm。

6.根据权利要求2所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器还包括包层模式剥离器；

所述包层模式剥离器位于所述第二光纤布拉格光栅与所述AlF3端帽之间，用于滤除残余的第一泵浦光。

7.根据权利要求1～6任一项所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述双包层掺铒氟化物光纤中以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为l％～3％，所述双包层掺铒氟化物光纤长度为15～20m。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的双波长泵浦掺铒氟化物光纤激光器的激光产生方法，其特征在于，包括步骤：

第一泵浦激光器产生第一泵浦光；

第二泵浦激光器产生第二泵浦光；

所述第一泵浦光和所述第二泵浦光经过所述合束器合束后，分别耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层和纤芯中，在所述光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF3端帽输出。

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