CN112670810A - 一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器。该中红外激光器包括：采用光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源，泵浦源的输出端与石英光纤的一端连接，石英光纤的另一端的末端刻写有石英光纤光栅，石英光纤的另一端与掺铒ZBLAN光纤的一端连接，掺铒ZBLAN光纤的另一端与掺镝ZBLAN光纤的一端连接，掺镝ZBLAN光纤的另一端与光纤端帽连接，光纤端帽的输出方向上设置了中红外透镜，且中红外透镜的焦点处落在光纤端帽的输出口，中红外透镜的输出方向上设置了双折射滤波片，双折射滤波片的输出方向上设置了输出耦合镜，输出耦合镜镀有对中红外激光部分反射部分透射的宽波段介质膜的面与双折射滤波片相对，使得设备结构简单可靠，成本低。
Description
技术领域
本申请涉及激光器技术领域，特别是涉及一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器。
背景技术
中红外可调谐激光在军事、医疗、遥感、通信、以及工业加工等领域有着重要的应用价值。在光谱学、环境和大气科学研究等领域，中红外波段处于“分子指纹”区，对应着NO2、N2O、CO、CO2、CH4这些氮氧化物和碳氧化物等主要大气污染气体的分子特征指纹谱，在大气污染监控治理和化学成分分析等领域有着重要应用；在生物医疗领域，中红外波段激光在激光手术应用中具有创面小、止血性好等优点，可快速、准确的切除外表层组织，被称为医疗中的黄金手术刀；在国防军事领域，中红外波段激光是实现光电对抗和激光雷达的重要光源；此外，中红外波段激光在中红外超连续谱光源、远程遥感、以及自由空间光通讯等众多领域都有着潜在的重要应用，展现出了令人瞩目的发展前景。
目前，获得中红外波段可调谐激光的主要方案是基于非线性光参量频率转换方法的光参量振荡器(OPO)和光参量放大器(OPA)，利用非线性晶体将技术上十分成熟的近红外波段超快抽运激光通过频率变换，实现中红外波段激光输出。这些方案虽然能够产生宽调谐的中红外波段激光，却需要高性能的近红外激光器作为泵浦源，造成设备成本高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低设备成本的级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器。
一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器，所述中红外激光器包括：泵浦源、石英光纤、掺铒ZBLAN光纤、掺镝ZBLAN光纤、光纤端帽、中红外透镜、双折射滤波片和输出耦合镜，所述泵浦源为光纤耦合输出半导体激光器；
所述泵浦源的输出端与所述石英光纤的一端连接，所述石英光纤的另一端的末端刻写有石英光纤光栅，所述石英光纤的另一端与所述掺铒ZBLAN光纤的一端连接，所述掺铒ZBLAN光纤的另一端与所述掺镝ZBLAN光纤的一端连接，所述掺镝ZBLAN光纤的另一端与所述光纤端帽连接，所述光纤端帽的输出方向上设置了中红外透镜，且所述中红外透镜的焦点处落在光纤端帽的输出口，所述中红外透镜的输出方向上设置了双折射滤波片，所述双折射滤波片的输出方向上设置了输出耦合镜，所述输出耦合镜镀有对中红外激光部分反射部分透射的宽波段介质膜的面与双折射滤波片相对；
所述泵浦源发出的泵浦光经过所述石英光纤和所述石英光纤光栅后，进入所述石英光纤光栅与所述输出耦合镜之间构成的激光谐振腔，被所述掺铒ZBLAN光纤吸收后激发出第一中红外激光，所述第一中红外激光被所述掺镝ZBLAN光纤吸收产生第二中红外激光，所述第二中红外激光经过所述光纤端帽输出至所述中红外透镜准直后，穿过所述双折射滤波片后由所述输出耦合镜输出第三中红外激光。
在其中一个实施例中，所述第一中红外激光的波长为2.8μm。
在其中一个实施例中，所述第二中红外激光为可调谐宽波段激光。
在其中一个实施例中，所述石英光纤的另一端与所述掺铒ZBLAN光纤的一端通过熔接方式连接。
在其中一个实施例中，所述掺铒ZBLAN光纤的另一端与所述掺镝ZBLAN光纤的一端通过熔接方式连接。
在其中一个实施例中，所述光纤端帽镀有对中红外激光波段防反射介质膜。
在其中一个实施例中，所述中红外透镜镀有对中红外激光波段防反射介质膜。
在其中一个实施例中，所述光纤端帽由石英或晶体材料构成。
在其中一个实施例中，所述第三中红外激光的波长根据所述双折射滤波片的角度确定，波长范围为2.8μm-3.4μm。
上述级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器，通过采用光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源，泵浦源的输出端与石英光纤的一端连接，石英光纤的另一端的末端刻写有石英光纤光栅，石英光纤的另一端与掺铒ZBLAN光纤的一端连接，掺铒ZBLAN光纤的另一端与掺镝ZBLAN光纤的一端连接，掺镝ZBLAN光纤的另一端与光纤端帽连接，光纤端帽的输出方向上设置了中红外透镜，且中红外透镜的焦点处落在光纤端帽的输出口，中红外透镜的输出方向上设置了双折射滤波片，双折射滤波片的输出方向上设置了输出耦合镜，输出耦合镜镀有对中红外激光部分反射部分透射的宽波段介质膜的面与双折射滤波片相对，泵浦源发出的泵浦光经过石英光纤和石英光纤光栅后，进入石英光纤光栅与输出耦合镜之间构成的激光谐振腔，被掺铒ZBLAN光纤吸收后激发出第一中红外激光，第一中红外激光被掺镝ZBLAN光纤吸收产生第二中红外激光，第二中红外激光经过光纤端帽输出至中红外透镜准直后，穿过双折射滤波片后由输出耦合镜输出第三中红外激光，使得设备结构简单可靠，成本低，输出光束质量好，功率高。
附图说明
图1为一个实施例中一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器，包括：泵浦源1、石英光纤2、掺铒ZBLAN光纤4、掺镝ZBLAN光纤5、光纤端帽6、中红外透镜7、双折射滤波片8和输出耦合镜9，泵浦源1为光纤耦合输出半导体激光器。
泵浦源1的输出端与石英光纤2的一端连接，石英光纤2的另一端的末端刻写有石英光纤光栅3，石英光纤2的另一端与掺铒ZBLAN光纤4的一端连接，掺铒ZBLAN光纤4的另一端与掺镝ZBLAN光纤5的一端连接，掺镝ZBLAN光纤5的另一端与光纤端帽6连接，光纤端帽6的输出方向上设置了中红外透镜7，且中红外透镜7的焦点处落在光纤端帽6的输出口，中红外透镜7的输出方向上设置了双折射滤波片8，双折射滤波片8的输出方向上设置了输出耦合镜9，输出耦合镜9镀有对中红外激光部分反射部分透射的宽波段介质膜的面与双折射滤波片8相对；
泵浦源1发出的泵浦光经过石英光纤2和石英光纤光栅3后，进入石英光纤光栅3与输出耦合镜9之间构成的激光谐振腔，被掺铒ZBLAN光纤4吸收后激发出第一中红外激光，第一中红外激光被掺镝ZBLAN光纤5吸收产生第二中红外激光，第二中红外激光经过光纤端帽6输出至中红外透镜7准直后，穿过双折射滤波片8后由输出耦合镜9输出第三中红外激光。
在一个实施例中，第一中红外激光的波长为2.8μm。
在一个实施例中，第二中红外激光为可调谐宽波段激光。
其中，第二中红外激光是波长在3μm附近可调谐宽波段激光，如：3μm附近可以是指2.9μm-3.4μm。
在一个实施例中，石英光纤2的另一端与掺铒ZBLAN光纤4的一端通过熔接方式连接。
在一个实施例中，掺铒ZBLAN光纤4的另一端与掺镝ZBLAN光纤5的一端通过熔接方式连接。
在一个实施例中，光纤端帽6镀有对中红外激光波段防反射介质膜。
在一个实施例中，中红外透镜7镀有对中红外激光波段防反射介质膜。
在一个实施例中，光纤端帽6由石英或晶体材料构成。
在一个实施例中，第三中红外激光的波长根据双折射滤波片的角度确定，波长范围为2.8μm-3.4μm。
上述级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器，通过采用光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源1，泵浦源1的输出端与石英光纤2的一端连接，石英光纤2的另一端的末端刻写有石英光纤光栅3，石英光纤2的另一端与掺铒ZBLAN光纤4的一端连接，掺铒ZBLAN光纤4的另一端与掺镝ZBLAN光纤5的一端连接，掺镝ZBLAN光纤5的另一端与光纤端帽6连接，光纤端帽6的输出方向上设置了中红外透镜7，且中红外透镜7的焦点处落在光纤端帽6的输出口，中红外透镜7的输出方向上设置了双折射滤波片8，双折射滤波片8的输出方向上设置了输出耦合镜9，输出耦合镜镀9有对中红外激光部分反射部分透射的宽波段介质膜的面与双折射滤波片8相对，泵浦源1发出的泵浦光经过石英光纤2和石英光纤光栅3后，进入石英光纤光栅3与输出耦合镜9之间构成的激光谐振腔，被掺铒ZBLAN光纤4吸收后激发出第一中红外激光，第一中红外激光被掺镝ZBLAN光纤5吸收产生第二中红外激光，第二中红外激光经过光纤端帽6输出至中红外透镜7准直后，穿过双折射滤波片8后由输出耦合镜9输出第三中红外激光，使得设备结构简单可靠，成本低，输出光束质量好，功率高。
在一个实施例中，泵浦源1发出的970nm左右波长的泵浦光经过刻有石英光纤光栅3的石英光纤2耦合进入长度为5米的Er:ZBLAN双包层增益光纤(即：掺铒ZBLAN光纤)4中，激发Er:ZBLAN增益光纤4产生波长为2.8μm的中红外激光(即：第一中红外激光)，激发的波长为2.8μm的中红外激光进一步被Dy:ZBLAN光纤(即：掺镝ZBLAN光纤)5吸收产生波长为3μm附近(如：2.9μm-3.4μm)可调谐宽波段激光，经过光纤端帽6输出至中红外透镜7实现准直后，输出经过双折射滤波片8选模(即：选波长)后由输出耦合镜9输出波长为2.8μm-3.4μm宽范围可调谐激光(即：第三中红外激光)。
其中，石英光纤光栅3对970nm泵浦光高透过(透过率>90％)，对2.7μm-3.4μm中红外激光高反射(反射率>98％)，同时光纤端帽6和中红外透镜7镀有对2.7μm-3.4μm中红外激光的宽带防反射介质膜(即：对中红外激光波段防反射介质膜)，输出耦合镜9镀有中红外激光反射率为20％，透射率为80％的宽带介质膜，通过调整双折射滤波片8的角度，能够实现对不同中红外频率激光的选模，最终实现输出波长为2.8μm-3.4μm宽范围可调谐激光(即：第三中红外激光)。
上述级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器，基于光纤耦合输出半导体激光器直接产生可调谐中红外激光输出，相比于非线性频率变换方法和量子级联激光器等方案，具有系统结构简单可靠，成本低，输出光束质量好，功率高等优势；利用谐振腔内级联泵浦的方式来泵浦掺镝ZBLAN光纤产生中红外3μm附近可调激光，系统泵浦效率高，同时由于掺镝ZBLAN光纤对小于2.8μm波段吸收较弱，因此通过调整双折射滤光片的波长范围，可以实现单独掺铒ZBLAN光纤更短波长的激光振荡，从而进一步增大波长调谐范围。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种级联泵浦的宽调谐3μm波段中红外激光器，其特征在于，所述中红外激光器包括：泵浦源、石英光纤、掺铒ZBLAN光纤、掺镝ZBLAN光纤、光纤端帽、中红外透镜、双折射滤波片和输出耦合镜，所述泵浦源为光纤耦合输出半导体激光器；
所述泵浦源的输出端与所述石英光纤的一端连接，所述石英光纤的另一端的末端刻写有石英光纤光栅，所述石英光纤的另一端与所述掺铒ZBLAN光纤的一端连接，所述掺铒ZBLAN光纤的另一端与所述掺镝ZBLAN光纤的一端连接，所述掺镝ZBLAN光纤的另一端与所述光纤端帽连接，所述光纤端帽的输出方向上设置了中红外透镜，且所述中红外透镜的焦点处落在光纤端帽的输出口，所述中红外透镜的输出方向上设置了双折射滤波片，所述双折射滤波片的输出方向上设置了输出耦合镜，所述输出耦合镜镀有对中红外激光部分反射部分透射的宽波段介质膜的面与双折射滤波片相对；
所述泵浦源发出的泵浦光经过所述石英光纤和所述石英光纤光栅后，进入所述石英光纤光栅与所述输出耦合镜之间构成的激光谐振腔，被所述掺铒ZBLAN光纤吸收后激发出第一中红外激光，所述第一中红外激光被所述掺镝ZBLAN光纤吸收产生第二中红外激光，所述第二中红外激光经过所述光纤端帽输出至所述中红外透镜准直后，穿过所述双折射滤波片后由所述输出耦合镜输出第三中红外激光。
2.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述第一中红外激光的波长为2.8μm。
3.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述第二中红外激光为可调谐宽波段激光。
4.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述石英光纤的另一端与所述掺铒ZBLAN光纤的一端通过熔接方式连接。
5.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述掺铒ZBLAN光纤的另一端与所述掺镝ZBLAN光纤的一端通过熔接方式连接。
6.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述光纤端帽镀有对中红外激光波段防反射介质膜。
7.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述中红外透镜镀有对中红外激光波段防反射介质膜。
8.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述光纤端帽由石英或晶体材料构成。
9.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述第三中红外激光的波长根据所述双折射滤波片的角度确定，波长范围为2.8μm-3.4μm。
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