CN113097846B - 一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器 - Google Patents

一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，属于光纤激光器技术领域，包括顺次连接的激光泵浦源、第一硫化物光纤、稀土离子掺杂光纤、第二硫化物光纤，第一硫化物光纤、第二硫化物光纤上刻有一一对应的多对光纤光栅构成多谐振腔，各谐振腔用于选择不同波长的激光；第一硫化物光纤或第二硫化物光纤进行拉锥处理并涂覆二维材料，用于产生脉冲激光。本发明仅通过一台基于单根增益光纤的激光器即可产生中红外波段多波长同重频的脉冲激光，不仅可精确的控制了相同的重复频率，同时还大大简化了系统结构，且能够避免传统方案需要分别构建多台独立的稀土离子掺杂光纤激光器，再对输出激光进行合束的复杂系统的问题。

Description

一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器。
背景技术
3～5.5μm波段激光正好处于大气吸收窗口、热辐射能量集中区以及水的强吸收区域，在光谱检测，激光医疗、材料加工、环境监测、大气通信、红外定向对抗等军事和民用方面都有着重要应用。目前，中红外脉冲光纤激光的产生主要是采用稀土离子掺杂光纤作为增益介质，利用主动或者被动(可饱和吸收体或非线性效应等)调制方式来实现，波段主要集中在2μm和3μm，且多为单波长，而在3.5μm以上波段实现脉冲(特别是多波长同重频的)光纤激光输出仍缺乏较为成熟的技术方案。
中红外多波段同重频的光纤激光器在激光手术刀、激光光谱学、红外对抗等多方面凸显优势，然而在3～5.5μm中红外波长区域，难以通过一台光纤激光器甚至是基于一种光纤的激光器实现多波长脉冲激光输出，脉冲重复频率的统一及主动控制亦是难题。现有技术中有通过一台基于多根增益光纤级联的激光器实现三波长同重频脉冲激光输出，如采用多根增益光纤级联采用脉冲激光进行泵浦，即将第一稀土离子掺杂光纤产生的激光分别作为第二稀土掺杂离子光纤和第三稀土离子掺杂光纤的泵浦，从而实现三波长同重频脉冲激光输出，属于增益调制方式实现的同重频脉冲激光器，无法采用一台基于单根增益光纤的激光器实现多波长脉冲激光输出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中无法基于单根增益光纤构成单台激光器实现多波长脉冲激光输出的问题，提供一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，所述激光器包括顺次连接的激光泵浦源、第一硫化物光纤、稀土离子掺杂光纤、第二硫化物光纤，第一硫化物光纤、第二硫化物光纤上刻有一一对应的多对光纤光栅，每对光纤光栅构成一谐振腔，各谐振腔用于选择不同波长的激光；第一硫化物光纤或第二硫化物光纤进行拉锥处理并涂覆二维材料，用于产生脉冲激光。
作为一示例，所述激光泵浦源包括第一激光泵浦源、第二激光泵浦源，两个激光泵浦源经光纤合束器连接。
作为一示例，所述第一激光泵浦源为900nm激光二极管，所述第二激光泵浦源为1500nm激光二极管。
作为一示例，所述激光器还包括环行器，环行器一端与光纤合束器连接，一端与第一硫化物光纤连接，另一端作为多波长同重频脉冲激光输出端。
作为一示例，所述稀土离子掺杂光纤具体为Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤，用于产生2.2μm～5.5μm波长激光。
作为一示例，所述第一硫化物光纤上依次刻有第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅，第二硫化物光纤上依次刻有第五光纤光栅、第六光纤光栅、第七光纤光栅、第八光纤光栅；第一光纤光栅与第八光纤光栅构成对第一波段激光进行选择的第一谐振腔，第二光纤光栅与第七光纤光栅构成对第二波段激光进行选择的第二谐振腔，第三光纤光栅与第六光纤光栅构成对第三波段激光进行选择的第三谐振腔，第四光纤光栅与第五光纤光栅构成对第四波段激光进行选择的第四谐振腔。
作为一示例，所述第一光纤光栅与第二光纤光栅之间进行拉锥处理并涂覆二维材料，或第七光纤光栅与第八光纤光栅之间进行拉锥处理并涂覆二维材料。
作为一示例，所述第一谐振腔中第一光纤光栅对第一波长激光的反射率为30-50％，第八光纤光栅对第一波长激光的反射率大于等于95％；第二谐振腔中第二光纤光栅对第二波长激光的反射率为30-50％，第七光纤光栅对第二波长激光的反射率大于等于95％；第三谐振腔中第三光纤光栅对第三波长激光的反射率为30-50％，第六光纤光栅对第三波长激光的反射率大于等于95％；第四谐振腔中第四光纤光栅对第四波长激光的反射率为30-50％，第五光纤光栅对第四波长激光的反射率大于等于95％。
作为一示例，所述第一光纤光栅与第八光纤光栅构成2.9μm光纤激光器的第一谐振腔；第二光纤光栅与第七光纤光栅构成3.2μm光纤激光器的第二谐振腔；第三光纤光栅与第六光纤光栅构成4.3μm光纤激光器的第三谐振腔；第四光纤光栅与第五光纤光栅构成5.49μm光纤激光器的第四谐振腔，进而产生同重频的中心波长分别为2.9μm、3.2μm、4.3μm、5.49μm的脉冲激光。
通过改变光纤光栅对的中心波长或者调节光纤光栅对所处温度，能够改变全光纤激光器的输出波长。
需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
(1)本发明通过稀土离子掺杂光纤中能级跃迁存在的级联的相互影响，并通过不同谐振腔对不同波长激光进行选择，使产生的激光在涂覆二维材料的拉锥光纤的饱和吸收特性下产生脉冲激光，然后级联产生多波长同重频脉冲激光，即通过一台基于单根增益光纤(稀土离子掺杂光纤)的激光器即可产生多波长同重频的脉冲激光，不仅可精确的控制了相同的重复频率，同时还大大简化了系统结构，且能够避免传统方案需要分别构建多台独立的稀土离子掺杂光纤激光器，再对输出激光进行合束的复杂系统的问题。
(2)本发明提出的多波长同重频的中红外脉冲激光产生方案采用全光纤结构、系统紧凑、转化效率高，具有良好的可移植性和可拓展性，更利于实际应用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例的激光器结构示意图；
图2为本发明实施例Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤简化能级图。
图中：第一激光泵浦源1、第一激光泵浦源尾纤2、第二激光泵浦源3、第二激光泵浦源尾纤4、第一光纤熔接点5、第二光纤熔接点6、光纤合束器7、光纤合束器第一端口尾纤8、光纤合束器第二端口尾纤9、光纤合束器第三端口尾纤10、第三光纤熔接点11、环行器12、环行器第一端口尾纤13、环行器第二端口尾纤14、环行器第三端口尾纤15、第四光纤熔接点16、第一硫化物光纤17、第一光纤光栅18、第二光纤光栅19、第三光纤光栅20、第四光纤光栅21、第五光纤熔接点22、稀土离子掺杂光纤23、第六光纤熔接点24、第二硫化物光纤25、第五光纤光栅26、第六光纤光栅27、第七光纤光栅28、涂覆材料拉锥光纤29、第八光纤光栅30、激光输出端31。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1所示，在实施例1中，一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，具体包括顺次连接的激光泵浦源、第一硫化物光纤17、稀土离子掺杂光纤23、第二硫化物光纤25，第一硫化物光纤17、第二硫化物光纤25上分别刻有一一对应的多对光纤光栅(布拉格衍射光栅)，每对光纤光栅构成一谐振腔，各谐振腔用于选择不同波长的激光；第一硫化物光纤17或第二硫化物光纤25进行拉锥处理并涂覆二维材料，用于产生脉冲激光。本发明通过稀土离子掺杂光纤23中能级跃迁存在的级联的相互影响，并通过不同谐振腔对不同波长激光进行选择，使产生的激光在涂覆二维材料的拉锥光纤的饱和吸收特性下产生脉冲激光，然后级联产生中红外波段多波长同重频脉冲激光，即通过一台基于单根增益光纤(稀土离子掺杂光纤23)的激光器即可产生多波长同重频的脉冲激光，不仅可精确的控制了相同的重复频率，同时还大大简化了系统结构，且能够避免传统方案需要分别构建多台独立的稀土离子掺杂光纤23激光器，再对输出激光进行合束的复杂系统的问题。
进一步地，本申请仅使用一根增益光纤，结合基于二维材料(石墨、黑磷、Bi2Te3等)构成可饱和吸收体的调Q、锁模激光器，可实现更窄脉宽(ns级、ps级、fs级)，更高重复频率(KHz、MHz)，更高峰值功率，可塑性更强，激光器性能好，在超快激光上具有较大潜力。具体地，本申请稀土离子光纤产生的激光到达拉锥光纤后，产生的倏逝场与材料相互作用，在光泵脉冲开始后的一段时间内，工作物质的初始受激发射信号较弱，材料开关处于关闭状态；当工作物质粒子数反转程度达到最大，受激发射光强增大到足以使材料开关处于吸收饱和状态(或称为“漂白”状态)，从而在腔内接通振荡回路并形成调Q激光输出(μs到ns量级)；本申请拉锥光纤上涂覆的材料作为可饱和吸收体，也可形成锁模激光器，以此产生ps乃至fs量级超短脉冲。
在一示例中，激光泵浦源包括第一激光泵浦源1、第二激光泵浦源3，两个激光泵浦源经光纤合束器7连接。具体地，第一激光泵浦源1为900nm激光二极管，第二激光泵浦源3为1500nm激光二极管。如图1所示，第一激光泵浦源1在第一激光泵浦源尾纤2输出900nm波长激光，第二激光泵浦源3在第二激光泵浦源尾纤4输出1500nm波长激光，第一激光泵浦源尾纤2经第一光纤熔接点5与光纤合束器第一端口尾纤8连接，第二激光泵浦源尾纤4经第二光纤熔接点6与光纤合束器第二端口尾纤9连接，以将900nm波长激光、1500nm波长激光传输至光纤合束器7；具体地，采用900nm和1500nm两个泵浦源共同泵浦可以促进粒子更高效的跃迁，从而更高效地带动其他能级跃迁而产生同重频的多波长输出。
在一示例中，激光器还包括环行器8，环行器一端与光纤合束器7连接，一端与第一硫化物光纤17连接，另一端作为多波长同重频脉冲激光输出端31。具体地，光纤合束器第三端口尾纤10经第三光纤熔接点11与环行器第一端口尾纤13连接，环行器第二端口尾纤14经第四光纤熔接点16与第一硫化物光纤17连接，环行器第三端口尾纤15作为多波长同重频脉冲激光输出端31。
在一示例中，稀土离子掺杂光纤23具体为Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤，Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤中Dy3+的能级跃迁存在着级联的相互影响，利用Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤中Pr3+(3F2；3H6)与Dy3+6H15/2→6H13/2形成了合理的光谱重叠，从而和Dy3+6H13/2能级之间存在高效的能量转移，促进了Dy3+的能级跃迁过程，以此产生2.2μm～5.5μm波长激光。具体地，如图所示，326H15/2能级为Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤中Dy3+的基态能级，是386H15/2→(6H5/2；6F7/2)能级跃迁过程的起始能级和436H13/2→6H15/2能级跃迁过程的终止能级，该能级上有大量粒子；336H13/2能级为Dy3+的第一激发态能级，是426H11/2→6H13/2能级跃迁过程的终止能级和436H13/2→6H15/2能级跃迁过程的起始能级；346H11/2能级为Dy3+的第二激发态能级，是40(6H7/2；6F9/2)→6H11/2能级跃迁过程与41(6H9/2；6F11/2)→6H11/2能级跃迁过程的终止能级和426H11/2→6H13/2能级跃迁过程的起始能级；35(6H9/2；6F11/2)能级为Dy3+的第三激发态能级，是39(6H5/2；6F7/2)→(6H9/2；6F11/2)能级跃迁过程的终止能级和41(6H9/2；6F11/2)→6H11/2能级跃迁过程的起始能级；36(6H7/2；6F9/2)能级为Dy3+的第四激发态能级，是40(6H7/2；6F9/2)→6H11/2能级跃迁过程的起始能级；37(6H5/2；6F7/2)能级为Dy3+的第五激发态能级，是386H15/2→(6H5/2；6F7/2)能级跃迁过程的终止能级和39(6H5/2；6F7/2)→(6H9/2；6F11/2)能级跃迁过程的起始能级；386H15/2→(6H5/2；6F7/2)能级跃迁过程，该过程吸收900nm波长激光，将326H15/2能级上的粒子抽运到37(6H5/2；6F7/2)能级上；39(6H5/2；6F7/2)→(6H9/2；6F11/2)能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将37(6H5/2；6F7/2)能级上的粒子释放到35(6H9/2；6F11/2)能级上，同时产生3.2μm波长激光；40(6H7/2；6F9/2)→6H11/2能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将36(6H7/2；6F9/2)能级上的粒子释放到346H11/2能级上，同时也产生3.2μm波长激光；41(6H9/2；6F11/2)→6H11/2能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将35(6H9/2；6F11/2)能级上的粒子释放到346H11/2能级上，同时产生5.49μm波长激光；426H11/2→6H13/2能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将346H11/2能级上的粒子释放到336H13/2能级上，同时产生4.3μm波长激光；436H13/2→6H15/2能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将336H13/2能级上的粒子释放到326H15/2能级上，同时产生2.9μm波长激光；443H4能级为Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤中Pr3+的基态能级，是493H4→3F3/4能级跃迁过程的起始能级和513H5→3H4能级跃迁过程与52(3F2；3H6)→3H4能级跃迁过程的终止能级；453H5能级为Pr3+的第一激发态能级，是503H6→3H5能级跃迁过程的终止能级和513H5→3H4能级跃迁过程的起始能级；463H6能级为Pr3+的第二激发态能级，是503H6→3H5能级跃迁过程的起始能级；473F2能级为Pr3+的第三激发态能级，是52(3F2；3H6)→3H4能级跃迁过程的起始能级；483F3/4能级为Pr3+的第四激发态能级，是493H4→3F3/4能级跃迁过程的终止能级；493H4→3F3/4能级跃迁过程，该过程吸收1500nm波长激光，将443H4能级上的粒子抽运到483F3/4能级上；503H6→3H5能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将463H6能级上的粒子释放到453H5能级上，同时产生4μm波长激光；513H5→3H4能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将453H5能级上的粒子释放到443H4能级上，同时产生5μm波长激光；52(3F2；3H6)→3H4能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将46、47能级(3F2；3H6)上的粒子释放到443H4能级上，同时产生2.4μm波长激光；53(3F2,3H6)→6H13/2能级跃迁过程，该过程通过受激辐射的方式将Pr3+46、47(3F2；3H6)能级上的粒子释放转移到Dy3+33 6H13/2能级上，以便发生436H13/2→6H15/2能级跃迁过程，同时产生2.9μm波长激光。
在一示例中，第一硫化物光纤17上依次刻有第一光纤光栅18、第二光纤光栅19、第三光纤光栅20、第四光纤光栅21，第二硫化物光纤25上依次刻有第五光纤光栅26、第六光纤光栅27、第七光纤光栅28、第八光纤光栅30；第一光纤光栅18与第八光纤光栅30构成对第一波段激光进行选择的第一谐振腔，第二光纤光栅19与第七光纤光栅28构成对第二波段激光进行选择的第二谐振腔，第三光纤光栅20与第六光纤光栅27构成对第三波段激光进行选择的第三谐振腔，第四光纤光栅21与第五光纤光栅26构成对第四波段激光进行选择的第四谐振腔，四谐振腔用于对不同波长激光进行选择和抑制，以此输出四波长激光。具体地，第一光纤光栅18经第四光纤熔接点16与环行器第二端口尾纤14连接，第四光纤光栅21经第五光纤熔接点22与Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤连接，Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤经第六光纤熔接点24与第五光纤光栅26连接。
在一示例中，第七光纤光栅28与第八光纤光栅30之间进行拉锥处理并涂覆二维材料，即第七光纤光栅28与第八光纤光栅30经涂覆材料拉锥光纤连接，利用二维材料的可饱和吸收特性，基于2.9μm波长激光产生脉冲激光。
在一示例中，第一谐振腔中第一光纤光栅18对第一波长激光的反射率为30-50％，第八光纤光栅30对第一波长激光的反射率大于等于95％；第二谐振腔中第二光纤光栅19对第二波长激光的反射率为30-50％，第七光纤光栅28对第二波长激光的反射率大于等于95％；第三谐振腔中第三光纤光栅20对第三波长激光的反射率为30-50％，第六光纤光栅27对第三波长激光的反射率大于等于95％；第四谐振腔中第四光纤光栅21对第四波长激光的反射率为30-50％，第五光纤光栅26对第四波长激光的反射率大于等于95％。更为具体地，本实施例中，第一光纤光栅18与第八光纤光栅30构成2.9μm光纤激光器的第一谐振腔，即第一光纤光栅18对2.9μm激光的反射率为40％，第八光纤光栅30对2.9μm激光的反射率为97％；第二光纤光栅19与第七光纤光栅28构成3.2μm光纤激光器的第二谐振腔，即第二光纤光栅19对3.2μm激光的反射率为40％，第七光纤光栅28对3.2μm激光的反射率为97％；第三光纤光栅20与第六光纤光栅27构成4.3μm光纤激光器的第三谐振腔，第三光纤光栅20对4.3μm激光的反射率为40％，第六光纤光栅27对4.3μm激光的反射率为97％；第四光纤光栅21与第五光纤光栅26构成5.49μm光纤激光器的第四谐振腔，即第四光纤光栅21对5.49μm激光的反射率为40％，第五光纤光栅26对5.49μm激光的反射率为97％，结合Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤以及涂覆材料拉锥光纤，产生同重频的中心波长分别为2.9μm、3.2μm、4.3μm、5.49μm的脉冲激光。
在一示例中，通过改变光纤光栅对的中心波长或者调节光纤光栅对所处温度，可以实现四个波长同重频脉冲激光输出，且通过调节温度可以对产生的多波长同重频脉冲激光的输出波长进行调谐。具体地，通过定制光纤光栅的中心波长，可以通过选择不同中心波长的光纤光栅对构成的谐振腔进而选择不同波长激光，进而得到相应波长的同重频脉冲激光。更进一步地，在光纤光栅中心波长确定的情况下，如四对光纤光栅的中心波长为2900nm、3200nm、4300nm、5490nm，可通过改变光纤光栅处温度对产生的多波长同重频脉冲激光的输出波长进行调谐，得到波长范围分别为2850nm～2950nm、3150nm～3250nm、4290nm～4310nm、5485nm～5495nm的同重频脉冲激光。
现进一步对本发明技术方案的工作原理进行说明：
开启900nm激光泵浦源和1500nm激光泵浦源，产生的900nm波长激光和1500nm波长激光分别经第一光纤熔接点5和第二光纤熔接点6合束进光纤合束器7中，再经第三熔接点输入进环行器12中，在环行器12单向传输后经第四光纤熔接点16进入第一硫化物光纤17中，再经过第五光纤熔接点22进入稀土离子掺杂光纤23即Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤，再经第六光纤熔接点24进入第二硫化物光纤25中，在两个硫化物光纤、第一光纤光栅18、第二光纤光栅19、第三光纤光栅20、第四光纤光栅21、稀土离子掺杂光纤23、第五光纤光栅26、第六光纤光栅27、第七光纤光栅28、第八光纤光栅30作用下，产生2.9μm、3.2μm、4.3μm、5.49μm波长激光，产生的2.9μm波长激光经过涂覆材料拉锥光纤29，由于材料的可饱和吸收特性，产生脉冲激光，被第八光纤光栅30反射回到腔内，对其他能级粒子数周期调制，最后经环行器12单向传输激光从环行器第三端口尾纤15(氟化物光纤)后输出激光，最后在31产生同重频的2.9μm、3.2μm、4.3μm、5.49μm的脉冲激光。
上述激光产生所对应的能级过程如下：
900nm波长激光通过386H15/2→(6H5/2；6F7/2)能级跃迁过程将326H15/2能级上的粒子抽运到37(6H5/2；6F7/2)能级上，随着37(6H5/2；6F7/2)能级上粒子数增多，当326H15/2能级37(6H5/2；6F7/2)能级和326H15/2能级36(6H7/2；6F9/2)能级满足粒子数反转条件时，39(6H5/2；6F7/2)→(6H9/2；6F11/2)能级跃迁过程和40(6H7/2；6F9/2)→6H11/2能级跃迁过程发生，产生3.2μm波长激光,并使35(6H9/2；6F11/2)能级、346H11/2能级上粒子数增多，当35(6H9/2；6F11/2)能级和326H15/2能级满足粒子数反转条件时，41(6H9/2；6F11/2)→6H11/2能级跃迁过程发生，产生5.49μm波长激光，也使346H11/2能级上粒子数增多，当346H11/2能级和326H15/2能级满足粒子数反转条件时，426H11/2→6H13/2能级跃迁过程发生，产生4.3μm波长激光，并使336H13/2能级粒子数增多；与此同时，1500nm波长激光通过493H4→3F3/4能级跃迁过程将44H4能级上的粒子抽运到483F3/4能级上，随着46、47(3F2；3H6)能级粒子数增多，当满足Pr3+46、47(3F2；3H6)能级和Dy3+336H13/2能级满足粒子数反转时，53(3F2；3H6)→3H4能级跃迁过程发生，从而也使得336H13/2能级粒子数增多，从而促使336H13/2能级和326H15/2能级更快满足粒子数反转条件，促进436H13/2→6H15/2能级跃迁过程发生，产生2.9μm波长激光，即1500nm泵浦源被Pr3+吸收向Dy3+第一激发态转移粒子，相当于作为敏化剂，促进Dy3+的2.9μm的粒子数反转；在此基础上，Pr3+46、47(3F2；3H6)能级与Dy3+336H13/2能级形成了很好的光谱重叠，当2.9μm波段激光经过29涂覆材料的拉锥光纤时，由于二维材料的饱和吸收特性，产生2.9μm脉冲激光，经30光纤光栅反射后回到腔内，导致336H13/2能级粒子密度下降，从而促进346H11/2能级粒子跃迁至336H11/2能级，产生同重频的4.3μm脉冲激光；导致346H11/2能级粒子密度下降，从而促进35(6H9/2；6F11/2)能级粒子跃迁至346H11/2能级，产生同重频的5.49μm脉冲激光；导致35(6H9/2；6F11/2)能级粒子密度下降，从而促进37(6H7/2；6F9/2)能级粒子跃迁至35(6H9/2；6F11/2)，36(6H5/2；6F7/2)能级粒子跃迁至34(6H9/2；6F11/2)能级，产生同重频的3.2μm脉冲激光，因此2.9μm脉冲激光对其他能级粒子数周期调制，级联出同重频的多波长激光脉冲，经第二硫化物光纤25，第五光纤光栅26，第六光纤光栅27，第八光纤光栅28反射，环行器12单向传输，最后经环形器第三端口尾纤15从激光输出端31输出2.9μm、3.2μm、4.3μm、5.49μm波长同重频的脉冲激光。
以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述激光器包括顺次连接的激光泵浦源、第一硫化物光纤(17)、稀土离子掺杂光纤(23)、第二硫化物光纤(25)，第一硫化物光纤(17)、第二硫化物光纤(25)上刻有一一对应的多对光纤光栅，每对光纤光栅构成一谐振腔，各谐振腔用于选择不同波长的激光；第一硫化物光纤(17)或第二硫化物光纤(25)进行拉锥处理并涂覆二维材料，用于产生脉冲激光。
2.根据权利要求1所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述激光泵浦源包括第一激光泵浦源(1)、第二激光泵浦源(3)，两个激光泵浦源经光纤合束器(7)连接。
3.根据权利要求2所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述第一激光泵浦源(1)为900nm激光二极管，所述第二激光泵浦源(3)为1500nm激光二极管。
4.根据权利要求2所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述激光器还包括环行器，环行器一端与光纤合束器(7)连接，一端与第一硫化物光纤(17)连接，另一端作为多波长同重频脉冲激光输出端(31)。
5.根据权利要求1所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述稀土离子掺杂光纤(23)具体为Dy3+、Pr3+共掺硫化物光纤，用于产生2.2μm～5.5μm波长激光。
6.根据权利要求1所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述第一硫化物光纤上(17)依次刻有第一光纤光栅(18)、第二光纤光栅(19)、第三光纤光栅(20)、第四光纤光栅(21)，第二硫化物光纤(25)上依次刻有第五光纤光栅(26)、第六光纤光栅(27)、第七光纤光栅(28)、第八光纤光栅(30)；
第一光纤光栅(18)与第八光纤光栅(30)构成对第一波段激光进行选择的第一谐振腔，第二光纤光栅(19)与第七光纤光栅(28)构成对第二波段激光进行选择的第二谐振腔，第三光纤光栅(20)与第六光纤光栅(27)构成对第三波段激光进行选择的第三谐振腔，第四光纤光栅(21)与第五光纤光栅(26)构成对第四波段激光进行选择的第四谐振腔。
7.根据权利要求6所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述第一光纤光栅(18)与第二光纤光栅(19)之间进行拉锥处理并涂覆二维材料，或第七光纤光栅(28)与第八光纤光栅(30)之间进行拉锥处理并涂覆二维材料。
8.根据权利要求6所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述第一谐振腔中第一光纤光栅(18)对第一波长激光的反射率为30-50％，第八光纤光栅(30)对第一波长激光的反射率大于等于95％；第二谐振腔中第二光纤光栅(19)对第二波长激光的反射率为30-50％，第七光纤光栅(28)对第二波长激光的反射率大于等于95％；第三谐振腔中第三光纤光栅(20)对第三波长激光的反射率为30-50％，第六光纤光栅(27)对第三波长激光的反射率大于等于95％；第四谐振腔中第四光纤光栅(21)对第四波长激光的反射率为30-50％，第五光纤光栅(26)对第四波长激光的反射率大于等于95％。
9.根据权利要求6所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：所述第一光纤光栅(18)与第八光纤光栅(30)构成2.9μm光纤激光器的第一谐振腔；第二光纤光栅(19)与第七光纤光栅(28)构成3.2μm光纤激光器的第二谐振腔；第三光纤光栅(20)与第六光纤光栅(27)构成4.3μm光纤激光器的第三谐振腔；第四光纤光栅(21)与第五光纤光栅(26)构成5.49μm光纤激光器的第四谐振腔，进而产生同重频的中心波长分别为2.9μm、3.2μm、4.3μm、5.49μm的脉冲激光。
10.根据权利要求9所述紧凑型中红外波段四波长同重频的全光纤激光器，其特征在于：通过改变光纤光栅对的中心波长或者调节光纤光栅对所处温度，能够改变全光纤激光器的输出波长。
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