CN112713490B - 一种中红外波段连续全光纤振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的中红外波段连续全光纤振荡器，包括：信号光纤、中红外光纤合束器、泵浦模块、金镜；所述信号光纤的涂覆层被剥除后，固定在制作平台上，使信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态；将熔融拉锥后的泵浦光纤缠绕到信号光纤被剥除涂覆层位置，利用泵浦模块给泵浦光纤提供泵浦光，泵浦光在信号光纤内传输后，经金镜反射后形成振荡，产生2.5‑3.1μm波段的中红外连续激光，实现了中红外波段连续光纤振荡器全纤化，应用到中红外光纤放大器中可使中红外光纤激光器实现全纤化。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，涉及一种中红外波段连续全光纤振荡器。
背景技术
目前，由于中红外波段激光在激光导航、激光制导、激光医疗、激光雷达、大气探测等领域有广泛的应用，所以中红外波段激光器的研制成为了研究人员研究热点。尤其是在军事领域，由于大部分卫星的电光传感器的响应范围为2.5～3.3μm波段，然而中红外波段激光可以瞬间提供很高的峰值功率则足以干扰和损伤这些探测器件，故中红外激光的定向干扰技术已成为许多国家的军事机构积极研究的重点。
在中红外波段光纤振荡器研制中，如何将泵浦光有效得耦合进信号光纤成为了研究人员需要考虑的关键问题。由于中红外波段的信号光纤为非石英的氟化物软玻璃光纤，其特殊的物理性质给信号光纤熔接造成了问题，耦合效率低。故研究人员采用空间光耦合的方式，将泵浦光耦合进信号光纤内，虽然耦合效率有所提升，但由于泵浦光在空间传输，光束将会变形，光束质量变差会给在激光器后期放大工作增添了困难。
因此，为解决泵浦耦合效率和光束质量问题，需要利用中红外光纤合束器代替空间光耦合的方式，实现中红外波段光纤振荡器全光纤化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种中红外波段连续全光纤振荡器，利用自制的侧面泵浦中红外光纤合束器，在中红外波段信号光纤中产生3μm左右的连续中红外波段激光，中红外光纤振荡器结构简单，无空间耦合，实现了中红外波段光纤振荡器全光纤化，可以应用到中红外光纤放大器中，进行后续工作。
本发明采用如下所述的技术方案：
一种中红外波段连续全光纤振荡器，包括：信号光纤、中红外光纤合束器、泵浦模块、金镜；其中：对信号光纤距离端面10cm-50cm处的涂覆层进行剥除，将已被剥除的信号光纤固定在三维平移台的光纤夹具上；在被剥除涂覆层的信号光纤上制作中红外光纤合束器，该中红外光纤合束器的泵浦方式为侧面泵浦，泵浦光纤一端被剥除涂覆层后进行熔融拉锥，将泵浦光纤拉锥锥区缠绕到信号光纤被剥除涂覆层位置，泵浦光纤锥区与信号光纤包层形成耦合区；泵浦模块为二极管泵浦，泵浦模块给中红外光纤合束器提供泵浦光，泵浦光通过泵浦光纤耦合到信号光纤的包层内，泵浦模块的尾纤应与中红外光纤合束器泵浦光纤相同；信号光纤的两端需要制成平角，一端作为连续中红外激光输出端，另一端放在金镜反射面前端，形成激光振荡腔。
所述信号光纤为双包层结构的掺杂稀土离子非石英材料的氟化物软玻璃光纤，纤芯内满足掺杂离子为铒或者铥的均可；所述信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.5之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为125-300μm；所述信号光纤长度大于2m；所述信号光纤的纤芯须满足2.5-3.1μm的激光产生与传输。
所述泵浦光纤为多模的石英光纤，纤芯的直径范围为105-400μm，包层直径范围为125-600μm；泵浦光纤可容纳793nm，80nm，1150nm和1550nm激光在光纤内传输。
所述泵浦光纤熔融拉锥过程拉锥比即为泵浦光纤未拉锥包层直径与拉锥后包层锥腰直径之比，数值在5-20之间，拉锥锥区长度的选取要求泵浦光纤内泵浦光能传输到信号光纤内，故拉锥锥区长度选区大于1cm。
所述泵浦光纤锥区与信号光纤包层组成的耦合区光纤贴合方式为对泵浦光纤拉锥锥区进行缠绕，缠绕的圈数范围3-7圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等；当缠绕圈数小于3圈时，过渡光纤易松动，缠绕不牢固，当缠绕圈数大于7圈数时，在同等过渡光纤长度下，缠绕的角度将大于27°，由于需要将泵浦光耦合进信号光纤的包层内，当缠绕的角度将大于27°时，泵浦光将会泄露出信号光纤的包层，造成泵浦光损耗，故要求缠绕角度<27°，就要控制缠绕的圈数范围3-7圈的情况下，还要要求每圈缠绕的距离相等。
所述信号光纤的两端需要制成平角，采用研磨或者切割的方式，保证信号光纤端面呈零度角。
所述金镜反射面对泵浦光和信号光均有反射作用。
所述三维平移台可在空间三个方向进行平移调整，使即信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态。
所述光纤夹具需要对信号光纤夹持，无松动，保证信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态。。
所述信号光纤涂覆层剥除的方式为化学腐蚀，利用二氯甲烷凝胶对信号光纤进行反复腐蚀，直至信号光纤的涂覆层完全被剥除。
本发明制作的中红外波段连续全光纤振荡器，有益效果在于：
本发明提供的一种中红外波段连续全光纤振荡器的制作方法，所述中红外光纤合束器利用拉锥后的泵浦光纤缠绕制得，实现了将有效的泵浦光耦合进信号光纤包层内，在信号光纤内振荡，激发出了连续中红外波段激光，中红外波段的连续激光直接通过含有掺杂稀土离子的氟化物软玻璃信号光纤产生，从信号光纤一端直接输出，避免了利用空间光泵浦耦合而造成的泵浦光损失和光束质量变差的问题；信号光纤既是输入光纤又是输出光纤，省略了氟化物软玻璃光纤熔接带来的损耗；实现了中红外波段光纤振荡器的全光纤化，为中红外光纤放大器工作奠定了基础，可实现中红外光纤激光器的全纤化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明提供的中红外波段连续全光纤振荡器的结构示意图。
图2为本发明提供的中红外波段连续全光纤振荡器制作平台的示意图。
图3为本发明提供的中红外波段连续全光纤振荡器的中红外光纤合束器的泵浦光纤缠绕3圈示意图。
图4为本发明提供的中红外波段连续全光纤振荡器的拉锥后泵浦光纤的纵向剖面示意图。
图中：1、信号光纤；2、中红外光纤合束器；21、泵浦光纤；3、泵浦模块；4、金镜；51、信号光纤左三维平移台；52、信号光纤右三维平移台；53、泵浦光纤三维平移台；61、信号光纤左光纤夹具；62、信号光纤右光纤夹具；63、泵浦光纤光纤夹具。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作出进一步阐述，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种中红外波段连续全光纤振荡器的制作方法，本发明采用制作中红外光纤合束器，实现了中红外连续全光纤振荡器中红外波段激光输出；如图1所示本实施例中所述信号光纤1的涂覆层被剥除，将剥除后的信号光纤固定在制作平台上；所述泵浦光纤21的一端进行熔融拉锥，将拉锥完成的泵浦光纤21锥区缠绕到已被剥除涂覆层的信号光纤位置，泵浦光纤21锥区与信号光纤1包层形成耦合区，制得中红外光纤合束器2；泵浦模块3为二极管泵浦，泵浦模块3给中红外光纤合束器2提供泵浦光，泵浦光通过泵浦光纤21耦合到信号光纤1的包层内，泵浦模块3的尾纤应与中红外光纤合束器2泵浦光纤21相同；信号光纤1的两端需要制成平角，一端作为连续中红外激光输出端，另一端放在金镜4反射面前端，形成激光振荡腔。
所述信号光纤1为双包层结构的掺杂稀土离子铒或铥的非石英材料氟化物软玻璃光纤，纤芯内满足掺杂离子为铒或者铥的均可；所述信号光纤1的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.5之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为125-300μm；所述信号光纤1长度大于2米；所述信号光纤1的纤芯须满足2.5-3.1μm的激光产生与传输。
所述泵浦光纤21为多模的石英光纤，纤芯的直径范围为105-400μm，包层直径范围为125-600μm；泵浦光纤21可容纳793nm，80nm，1150nm和1550nm激光在光纤内传输。
所述泵浦光纤21熔融拉锥过程拉锥比即为泵浦光纤21未拉锥包层直径与拉锥后包层锥腰直径之比，数值在5-20之间，拉锥锥区长度的选取要求泵浦光纤21内泵浦光能传输到信号光纤1内，故拉锥锥区长度选区大于1cm。
所述信号光纤1的两端需要制成平角，采用研磨或者切割的方式，保证信号光纤1端面呈零度角。
所述金镜4反射面对泵浦光和信号光均有反射作用。
所述信号光纤1涂覆层剥除方式采用化学腐蚀方法，利用二氯甲烷凝胶对信号光纤1涂覆层进行浸泡，浸泡10-20分钟，对涂覆层进行剥除，反复腐蚀和剥除直至信号光纤1的涂覆层被剥除干净。
如图2所述本实施例中所述制作平台由信号光纤左三维平移台51、信号光纤右三维平移台52、泵浦光纤三维平移台53、信号光纤左光纤夹具61、信号光纤右光纤夹具62和泵浦光纤光纤夹具63构成；所述信号光纤1被剥除涂覆层后固定在信号光纤左三维平移台51上的左光纤夹具61和信号光纤右三维平移台52上的右光纤夹具62之间，调节信号光纤左三维平移台51和信号光纤右三维平移台52使信号光纤1固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态；所述泵浦光纤21进行缠绕后，固定在泵浦光纤三维平移台53上的光纤夹具63处，调节泵浦光纤三维平移台53使泵浦光纤锥区部分处于信号光纤1正下方。
所述三维平移台可在空间三个方向进行平移调整，使信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态。
所述光纤夹具需要对信号光纤夹持，无松动，保证信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态。
如图3所示本实施例中所述中红外光纤合束器的缠绕圈数为3圈；所述信号光纤1距离端面10cm-50cm处进行涂覆层剥除，固定在信号光纤左三维平移台51上的左光纤夹具61和信号光纤右三维平移台52上的右光纤夹具62之间；所述泵浦光纤21进行熔融拉锥后，将泵浦光纤锥区211缠绕在信号光纤1被剥除涂覆层位置，泵浦光纤锥区211的光纤直径从与锥腰212连接处开始是从小到大的渐变过程，缠绕3圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等，将泵浦光纤完整的锥区211全都缠绕在信号光纤1的包层上；泵浦光纤锥腰212与信号光纤1并列平行排布，位于信号光纤1的正下方；缠绕完成后将泵浦光纤21固定在在泵浦光纤三维平移台53上的光纤夹具63处，调节泵浦光纤三维平移台53使泵浦光纤21处于信号光纤1正下方，依旧与信号光纤1保持并列平行排布。
如图4所述本实施例中所述泵浦光纤1的一端被剥除涂覆层后进行熔融拉锥，锥区211长度>1cm，锥区211长度比锥腰212长度长，在锥腰212与后锥区(图中未画)接触处垂直切割，利用锥区211和锥腰212，进行中红外光纤合束器的制作。
本发明提供上述实施例提供的中红外波段连续全光纤振荡器的制作方法实现了全光纤化，无需任何空间光耦合，能够实现中红外波段连续激光输出，同时也保证了泵浦光有效的耦合进信号光纤包层内，降低了泵浦光损耗，进而控制了由于泵浦光损耗造成的热积累，热稳定性好，减少了空间光耦合带来的泵浦光泄露和光束质量变差的问题，简化了中红外光纤振荡器的结构，降低了成本。
当然本发明的中红外光纤合束器还可具有多种变换及改型，以上仅为本发明专利的优选实施例而已，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种中红外波段连续全光纤振荡器，其特征在于，包括：信号光纤、中红外光纤合束器、泵浦模块、金镜；其中，对信号光纤距离端面10cm-50cm处的涂覆层进行剥除，将已被剥除的信号光纤固定在三维平移台的光纤夹具上；在被剥除涂覆层的信号光纤上制作中红外光纤合束器，该中红外光纤合束器的泵浦方式为侧面泵浦，泵浦光纤一端被剥除涂覆层后进行熔融拉锥，将泵浦光纤拉锥锥区缠绕到信号光纤被剥除涂覆层位置，泵浦光纤锥区与信号光纤包层形成耦合区；泵浦模块为二极管泵浦，为中红外光纤合束器提供泵浦光，泵浦光通过泵浦光纤耦合到信号光纤的包层内，泵浦模块的尾纤应与中红外光纤合束器泵浦光纤相同；信号光纤的两端需要制成平角，一端作为中红外激光输出端，另一端放在金镜反射面前端，形成激光振荡腔；
所述信号光纤为双包层结构的掺杂稀土离子铒或者铥的非石英材料氟化物软玻璃光纤；所述信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.5之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为125-300μm；所述信号光纤长度大于2米；所述信号光纤的纤芯须满足2.5-3.1μm的激光产生与传输；
所述泵浦光纤为多模的石英光纤，纤芯的直径范围为105-400μm，包层直径范围为125-600μm；泵浦光纤可容纳793nm，80nm，1150nm和1550nm激光在光纤内传输；
所述的泵浦光纤熔融拉锥过程拉锥比即为泵浦光纤未拉锥包层直径与拉锥后包层锥腰直径之比，数值在5-20之间，拉锥锥区长度的选取要求泵浦光纤内泵浦光能传输到信号光纤内，故拉锥锥区长度选区大于1cm；
所述泵浦光纤锥区与信号光纤包层组成的耦合区光纤贴合方式为对泵浦光纤锥区进行缠绕，缠绕的圈数范围3-7圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等；
所述信号光纤的两端需要制成平角，采用研磨或者切割的方式，保证信号光纤端面呈零度角；
所述金镜反射面对泵浦光和信号光均有反射作用。
2.如权利要求1所述的一种中红外波段连续全光纤振荡器，其特征在于，所述三维平移台可在空间三个方向进行平移调整，使信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态。
3.如权利要求1所述的一种中红外波段连续全光纤振荡器，其特征在于，所述光纤夹具需要对信号光纤夹持，无松动，保证信号光纤固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态。
4.如权利要求1所述的一种中红外波段连续全光纤振荡器，其特征在于，所述信号光纤涂覆层剥除的方式为化学腐蚀，利用二氯甲烷凝胶对信号光纤进行反复腐蚀，直至信号光纤的涂覆层完全被剥除。
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