CN111384658B - 一种拉曼光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉曼光纤激光器，包括依次连接的高反光纤光栅、拉曼激光种子源、光纤激光泵浦源和拉曼激光放大器，所述拉曼激光种子源包括依次连接的反射端级联光栅串、拉曼增益光纤和输出端级联光栅串，所述反射端级联光栅串与高反光纤光栅相连，所述光纤激光泵浦源包括依次连接的半导体泵浦激光器、光纤侧面合束器、反向输出光栅、掺镱光纤和正向输出光栅，所述半导体泵浦激光器与输出端级联光栅串相连，所述正向输出光栅与拉曼激光放大器相连，本发明所公开的拉曼光纤激光器具有结构简单，泵浦激光利用效率高，拉曼光纤激光器转换效率高等优点。

Description

一种拉曼光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤和激光技术领域，特别涉及一种高转换效率、高功率的拉曼光纤激光器。
背景技术
近年来，光纤激光器得到了快速发展，其中包括功率、光束质量以及全光纤结构等。这使得光纤激光器在工业、国防以及科研领域得到快速的应用发展。
然而受到光纤材料本征属性的限制，光纤功率的大幅度提高只发生在特定的波长窗口。比如，掺镱光纤激光器只有1微米波长处的单模输出功率，从2009年的10kW发展到现在100kW，而其他波长的功率却没有显著的提高。这样严重限制了光纤激光器在其他波长应用领域的发展。比如在肺部转移瘤切除手术方面，目前主要是Rolle博士及其合作者Barbara Baier等在其手术中采用的Nd:YAG 1318.8nm激光源。由于该波长在组织中的吸收与散射适当，使得该波长可以同时实现切割、止血与缝合的效果。其临床实验，获得了良好的效果。经过多年的发展，其采用的激光功率从早期的40W增加到了150W，激光器从传统的Nd:YAG变为直接半导体激光器。传统的Nd:YAG产生1318.8nm激光器的方案增益较小、转换效率低、较难获得大功率且系统较为庞大。半导体激光器虽然可以极大的改善光光转换效率，得到紧凑的激光系统，但是其光束质量较差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种拉曼光纤激光器，以达到精简拉曼光纤激光器的结构，提高泵浦光的利用效率和整个拉曼光纤激光器的转换效率的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种拉曼光纤激光器，包括依次连接的高反光纤光栅、拉曼激光种子源、光纤激光泵浦源和拉曼激光放大器，所述拉曼激光种子源包括依次连接的反射端级联光栅串、拉曼增益光纤和输出端级联光栅串，所述反射端级联光栅串与高反光纤光栅相连，所述光纤激光泵浦源包括依次连接的半导体泵浦激光器、光纤侧面合束器、反向输出光栅、掺镱光纤和正向输出光栅，所述半导体泵浦激光器与输出端级联光栅串相连，所述正向输出光栅与拉曼激光放大器相连。
上述方案中，所述高反光纤光栅的中心波长与光纤激光泵浦源的激光波长一致。
上述方案中，所述拉曼激光放大器为一段拉曼增益光纤。
上述方案中，所述高反光纤光栅、反向输出光栅、正向输出光栅的反射率顺序递减。
通过上述技术方案，本发明提供的拉曼光纤激光器中，反向输出光栅、掺镱光纤与正向输出光栅共同组成了1070nm/1080nm的谐振腔，产生1070nm/1080nm波长的激光，并向左右两个方向耦合输出。同时，高反光纤光栅和反向输出光栅也组成了一个1070nm/1080nm的谐振腔，实现进入该谐振腔的1070nm/1080nm波长激光的多次往返。
本发明将拉曼激光种子源放入到由高反光纤光栅和反向输出光栅组成的谐振腔中，实现了1070nm/1080nm激光多次往返经过种子源，通过拉曼增益光纤的拉曼频移，实现拉曼种子激光输出。拉曼种子激光经过输出端级联光栅串耦合输出，并经过光纤激光泵浦源进入拉曼激光放大器。同时，光纤激光泵浦源产生的经过正向输出光栅耦合输出的1070nm/1080nm泵浦激光进入拉曼激光放大器，实现对拉曼种子激光的增益放大。
本发明的泵浦激光始终在级联结构中产生、往返及用于放大，没有分支器件的引入，减少泵浦激光损耗，同时反向泵浦激光被充分利用，从而提高了泵浦激光利用效率，进而提高转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种拉曼光纤激光器整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的拉曼激光种子源结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的光纤激光泵浦源结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的高反光纤光栅与光纤激光泵浦源的级联结构示意图。
图中，1、高反光纤光栅；2、拉曼激光种子源；21、反射端级联光栅串；22、拉曼增益光纤；23、输出端级联光栅串；3、光纤激光泵浦源；31、半导体泵浦激光器；32、光纤侧面合束器；33、反向输出光栅；34、掺镱光纤；35、正向输出光栅；4、拉曼激光放大器。
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、完整地描述。
本发明提供了一种拉曼光纤激光器，如图1所示，该激光器结构简单，转换效率高。
如图1所示的拉曼光纤激光器，包括依次连接的高反光纤光栅1、拉曼激光种子源2、光纤激光泵浦源3和拉曼激光放大器4。
如图2所示，拉曼激光种子源2包括依次连接的反射端级联光栅串21、拉曼增益光纤22和输出端级联光栅串23，反射端级联光栅串21与高反光纤光栅1相连。
如图3所示，光纤激光泵浦源3包括依次连接的半导体泵浦激光器31、光纤侧面合束器32、反向输出光栅33、掺镱光纤34和正向输出光栅35，半导体泵浦激光器31与输出端级联光栅串23相连，正向输出光栅35与拉曼激光放大器4相连。
各组成部分的功能如下：
高反光纤光栅1：以99.9％的反射率将1070nm/1080nm激光向反射端级联光栅串21方向反射，与反向输出光栅33构成一个谐振腔，使得1070nm/1080nm激光多次往返经过拉曼激光种子源。
反射端级联光栅串21：实现各级斯托克斯激光波长以99％的反射率向拉曼增益光纤22方向反射激光；
拉曼增益光纤22：实现基于1070nm/1080nm波长激光的拉曼频移；
输出端级联光栅串23：实现所需波长激光以较低反射率向拉曼增益光纤22方向反射，以较高透射率向侧面泵浦合束器32方向透射，所需波长激光经过光纤激光泵浦源后进入拉曼激光放大器4。同时实现其他较低级拉曼频移波长激光以较高反射率向拉曼增益光纤22方向。
半导体泵浦激光器31：提供915nm或者976nm激光；
侧面泵浦合束器32：将半导体泵浦激光器31提供的915nm或者976nm激光耦合到一根光纤中；
反向输出光栅33：以较高反射率向掺镱光纤34方向反射1070nm/1080nm激光，以较低的透过率向侧面泵浦合束器32方向透射1070nm/1080nm激光；
掺镱光纤34：吸收915nm激光或者976nm激光，与反向输出光栅33、正向输出光栅35一起构成谐振腔，激发1070nm/1080nm激光；
正向输出光栅35：以较低反射率向掺镱光纤34方向反射1070nm/1080nm激光，以较高透射率向拉曼增益光纤方向透射1070nm/1080nm激光。
拉曼激光放大器4：实现用1070nm/1080nm泵浦激光放大所需拉曼波长种子激光的功能。
本实施例中，高反光纤光栅1的中心波长与光纤激光泵浦源3的激光波长一致。拉曼激光放大器4为一段拉曼增益光纤。高反光纤光栅1、反向输出光栅33、正向输出光栅35的反射率顺序递减。
该激光器的工作原理如下：
如图4所示，半导体泵浦激光器31提供915nm或者976nm激光，经侧面泵浦合束器32后，进入由反向输出光栅33、掺镱光纤34与正向输出光栅35共同组成的的谐振腔，产生1070nm/1080nm波长的激光，并向左右两个方向耦合输出。同时，高反光纤光栅1和反向输出光栅33也组成了一个1070nm/1080nm的谐振腔，实现进入该谐振腔的1070nm/1080nm激光的多次往返经过拉曼激光种子源，经过拉曼增益光纤22的拉曼频移，实现拉曼种子激光输出。拉曼种子激光经过输出端级联光栅串23耦合输出，并经过光纤激光泵浦源3进入拉曼激光放大器4。光纤激光泵浦源3产生的经过正向输出光栅35耦合输出的1070nm/1080nm泵浦激光也进入拉曼激光放大器4，实现对拉曼种子激光的增益放大。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种拉曼光纤激光器，其特征在于，包括依次连接的高反光纤光栅、拉曼激光种子源、光纤激光泵浦源和拉曼激光放大器，所述拉曼激光种子源包括依次连接的反射端级联光栅串、拉曼增益光纤和输出端级联光栅串，所述反射端级联光栅串与高反光纤光栅相连，所述光纤激光泵浦源包括依次连接的半导体泵浦激光器、光纤侧面合束器、反向输出光栅、掺镱光纤和正向输出光栅，所述半导体泵浦激光器通过光纤侧面合束器与输出端级联光栅串相连，所述正向输出光栅与拉曼激光放大器相连。
2.根据权利要求1所述的一种拉曼光纤激光器，其特征在于，所述高反光纤光栅的中心波长与光纤激光泵浦源的激光波长一致。
3.根据权利要求1所述的一种拉曼光纤激光器，其特征在于，所述拉曼激光放大器为一段拉曼增益光纤。
4.根据权利要求1所述的一种拉曼光纤激光器，其特征在于，所述高反光纤光栅、反向输出光栅、正向输出光栅的反射率顺序递减。
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