CN112670812A - 一种基于稀土离子掺杂zblan光纤的中红外激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器。该中红外激光器包括：通过泵浦源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稀土离子掺杂ZBLAN光纤的一端连接，稀土离子掺杂ZBLAN光纤的另一端与光纤端帽连接；泵浦源发出的泵浦光经过石英光纤和石英光纤光栅后，进入由石英光纤光栅与光纤端帽之间构成的激光谐振腔，被稀土离子掺杂ZBLAN光纤吸收后，激发出中红外激光，中红外激光在激光谐振腔内振荡并由镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜的光纤端帽输出。利用镀有介质膜的光纤端帽代替ZBLAN光纤光栅作为全光纤激光器输出端，不仅能够避免复杂的ZBLAN光纤光栅制备工艺，降低激光器成本。
Description
技术领域
本申请涉及激光器技术领域，特别是涉及一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器。
背景技术
中红外波段是介于可见、近红外光与太赫兹(THz)波段之间的一定范围内的电磁辐射区域，尤其是3μm附近这一典型的中红外波长范围在物理学、化学、材料学、生物学、医学、大气探测、通讯、国防等国民经济和前沿科学研究方向具有重要的应用前景，近年来引起了越来越广泛的关注。目前，获得3μm中红外波段激光的方法有很多，如半导体量子级联激光器、非线性参量振荡和放大，固体激光器、光纤激光器等，其中由于光纤激光器具有转换效率高、散热效果好、激光阈值低、输出光束质量好、峰值功率高、以及高“表面积/体积”比、柔軔性与灵活性好、易于集成等显著优点，在气体检测、医疗、国防等应用中表现出独特的优势，因此发展高效率中红外3μm光纤激光器有着重要的科学意义和应用价值。
当前中红外3μm波段光纤激光器的一种重要方案是基于半导体激光器泵浦Er3+:ZBLAN光纤产生，主要有一种构型是基于在ZBLAN(氟化物)光纤上刻写对激光高反和部分反射光纤光栅的全光纤中红外激光器方案，这种构型的激光器具有稳定性高、灵活性好等一系列优点，是中红外光纤激光器发展的主要方向，但目前直接在ZBLAN光纤上刻写光栅工艺复杂，因此激光器成本高。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低激光器成本的基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器。
一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，所述中红外激光器包括：泵浦源、石英光纤、稀土离子掺杂ZBLAN光纤和光纤端帽，所述光纤端帽镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜；
所述泵浦源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稀土离子掺杂ZBLAN光纤的一端连接，所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤的另一端与所述光纤端帽连接；
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，进入由所述石英光纤光栅与所述光纤端帽之间构成的激光谐振腔，被所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤吸收后，激发出中红外激光，所述中红外激光在所述激光谐振腔内振荡并由所述光纤端帽输出。
在其中一个实施例中，所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤中掺杂的稀土离子为Er3+离子或Ho3+离子。
在其中一个实施例中，所述石英光纤的另一端与所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤的一端通过熔接方式连接。
在其中一个实施例中，所述光纤端帽由石英或晶体材料构成。
在其中一个实施例中，所述泵浦源为光纤耦合输出半导体激光器。
上述基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，通过泵浦源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稀土离子掺杂ZBLAN光纤的一端连接，稀土离子掺杂ZBLAN光纤的另一端与光纤端帽连接；泵浦源发出的泵浦光经过石英光纤和石英光纤光栅后，进入由石英光纤光栅与光纤端帽之间构成的激光谐振腔，被稀土离子掺杂ZBLAN光纤吸收后，激发出中红外激光，中红外激光在激光谐振腔内振荡并由镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜的光纤端帽输出。利用镀有介质膜的光纤端帽代替ZBLAN光纤光栅作为全光纤激光器输出端，不仅能够避免复杂的ZBLAN光纤光栅制备工艺，降低激光器成本，同时光纤端帽能够有效对稀土离子掺杂ZBLAN光纤进行保护，防止在潮湿环境等恶劣工作条件下稀土离子掺杂ZBLAN光纤端面易于潮解损伤等问题，保证了中红外激光器长期工作的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为一个实施例中一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的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，提供了一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，包括：泵浦源1、石英光纤2、稀土离子掺杂ZBLAN光纤4和光纤端帽5，光纤端帽5镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜；泵浦源1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的另一端与稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的一端连接，稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的另一端与光纤端帽5连接。
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，进入由石英光纤光栅3与光纤端帽5之间构成的激光谐振腔，被稀土离子掺杂ZBLAN光纤4吸收后，激发出中红外激光，中红外激光在激光谐振腔内振荡并由光纤端帽5输出。
其中，泵浦源1用于泵浦稀土离子掺杂ZBLAN光纤4产生中红外激光，泵浦源1的工作波长在960nm-980nm之间，泵浦源1可以是采用光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源1，也可以是其他可以泵浦稀土离子掺杂ZBLAN光纤4产生中红外激光的设备。石英光纤2是一种以高折射率的纯石英玻璃材料为芯，以低折射率的有机或无机材料为包皮的光学纤维。石英光纤光栅3具有对泵浦波段高透过(透过率>90％)、中红外激光波段高反射(反射率>98％)的功能，光纤端帽5镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜，以实现中红外激光的振荡和输出。稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的长度根据泵浦光1的波长、稀土离子掺杂ZBLAN光纤4中稀土离子的掺杂浓度等确定。
在一个实施例中，稀土离子掺杂ZBLAN光纤4中掺杂的稀土离子为Er3+离子或Ho3+离子。
在一个实施例中，石英光纤2的另一端与稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的一端通过熔接方式连接。
在一个实施例中，光纤端帽5由石英或晶体材料构成。
在一个实施例中，泵浦源1为光纤耦合输出半导体激光器。
上述基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，通过泵浦源1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的另一端与稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的一端连接，稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的另一端与光纤端帽5连接；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，进入由石英光纤光栅3与光纤端帽5之间构成的激光谐振腔，被稀土离子掺杂ZBLAN光纤4吸收后，激发出中红外激光，中红外激光在激光谐振腔内振荡并由镀有对中红外激光部分反射部分透过的介质膜的光纤端帽5输出。利用镀有介质膜的光纤端帽5代替ZBLAN光纤光栅作为全光纤激光器输出端，不仅能够避免复杂的ZBLAN光纤光栅制备工艺，降低激光器成本，同时光纤端帽5能够有效对稀土离子掺杂ZBLAN光纤4进行保护，防止在潮湿环境等恶劣工作条件下稀土离子掺杂ZBLAN光纤4端面易于潮解损伤等问题，保证了中红外激光器长期工作的可靠性和稳定性。
在一个实施例中，一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，采用光纤耦合输出半导体激光器作为泵浦源1，稀土离子掺杂ZBLAN光纤4中掺杂的稀土离子为Er3+离子，光纤端帽5镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜，泵浦源1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的另一端与稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的一端通过熔接方式连接，稀土离子掺杂ZBLAN光纤4的另一端与光纤端帽5连接。
泵浦源1发出的975nm左右波长的泵浦光经过刻有光纤光栅3的石英光纤2耦合进入长度为4米(长度不需要一定是4米，长度可根据泵浦光1的波长、稀土离子掺杂ZBLAN光纤4中稀土离子的掺杂浓度等确定)的掺杂Er3+离子的稀土离子掺杂ZBLAN光纤4中，激发Er:ZBLAN增益光纤(即：掺杂Er3+离子的稀土离子掺杂ZBLAN光纤4)产生波长为2.7-2.8μm的中红外激光，其中石英光纤光栅3对泵浦光高透过，对中红外激光高反射，同时光纤端帽5镀有对中红外激光反射率为15％，透射率为85％的介质膜，稀土离子掺杂ZBLAN光纤4中受泵浦光激发产生的中红外激光在石英光纤光栅3和光纤端帽5形成的谐振腔中振荡，使中红外激光从光纤端帽5输出。
上述基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，相比于在ZBLAN光纤上刻写光栅，在与泵浦源1连接的石英光纤2上制备石英光纤光栅3作为激光谐振腔泵浦光输入端的反射光栅，工艺成熟稳定，可靠性高，成本低。利用镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜的光纤端帽5代替ZBLAN光纤光栅作为全光纤激光器输出端，不仅能够避免复杂的ZBLAN光纤光栅制备工艺，降低激光器成本，同时光纤端帽5能够有效对稀土离子掺杂ZBLAN光纤4进行保护，防止在潮湿环境等恶劣工作条件下稀土离子掺杂ZBLAN光纤4端面易于潮解损伤等问题，保证了中红激光器长期工作的可靠性和稳定性。
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 (5)
1.一种基于稀土离子掺杂ZBLAN光纤的中红外激光器，其特征在于，所述中红外激光器包括：泵浦源、石英光纤、稀土离子掺杂ZBLAN光纤和光纤端帽，所述光纤端帽镀有对中红外激光波段部分反射部分透过的介质膜；
所述泵浦源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稀土离子掺杂ZBLAN光纤的一端连接，所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤的另一端与所述光纤端帽连接；
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，进入由所述石英光纤光栅与所述光纤端帽之间构成的激光谐振腔，被所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤吸收后，激发出中红外激光，所述中红外激光在所述激光谐振腔内振荡并由所述光纤端帽输出。
2.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述稀土离子掺杂ZBLAN光纤中掺杂的稀土离子为Er3+离子或Ho3+离子。
3.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稀土离子掺杂ZBLAN光纤的一端通过熔接方式连接。
4.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。
5.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，所述泵浦源为光纤耦合输出半导体激光器。
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| CN202011541245.7A CN112670812A (zh) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | 一种基于稀土离子掺杂zblan光纤的中红外激光器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113325517A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-08-31 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 光纤端帽及光纤激光器 |
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| CN101510662A (zh) * | 2009-03-18 | 2009-08-19 | 山东大学 | 一种谐振腔泵浦增强型光纤激光器 |
| US20180109078A1 (en) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | UNIVERSITé LAVAL | Mid-infrared laser system, mid-infrared optical amplifier, and method of operating a mid-infrared laser system |
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2020
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