CN113540948B - 一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，涉及光学技术领域，包括保偏掺Yb3+光纤激光器以及窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器，采用短腔，半开放式结构反馈端使用一个保偏的高反FBG，并且通过环形器结合使用一个中心波长在1070nm，窄带的保偏相移FBG来获取窄线宽的保偏随机光纤激光信号输出；输出端使用一个1070nm/1120nm的WDM作为滤波器，将伴随产生的二阶拉曼斯托克斯光滤除；将自研的1070nm的保偏随机光纤激光器作为种子源，进行反向的千瓦级泵浦放大，并进行一次和二次倍频，采用本发明专利的方案可以同时获得千瓦以上的高功率，高消光比的线偏振光，利用一个在1070nm有高反射率的保偏FBG和一个保偏相移FBG实现高功率，窄线宽的线偏振输出。

Description

一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体是一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器。
背景技术
随机激光器，作为一种新型的激光器，与传统激光器在构成上的本质区别在于它没有界限与参数明确的光学谐振腔，其微观物理图景可以概述为：光子在随机介质中经历了多重散射，沿着随机确立的路径传播，并在传播过程中得到了足够的受激放大，最终形成激射。对随机激光形成的物理机理的探索,以及各种新颖的激射调控实现方式近年来一直是国际学术界的热点研究领域之一。
截至目前为止，光纤中的随机激光激射相关物理机制仍没能得到完全解释。激光的一个重要特性就是偏振特性。现在，有一些关于其他随机散射介质中产生的随机激光偏振特性的研究，例如二维棒状阵列，有机染料溶液以及掺杂染料的向列液晶等；传统拉曼光纤激光器的拉曼增益是和泵浦偏振态密切相关的，而且拉曼光纤激光器的动态特性也与泵浦和斯托克斯光的偏振态以及所用光纤种类(标准单模光纤或者保偏光纤)有关系。对于光纤随机拉曼激光器而言，因为受激拉曼效应，受激布里渊效应，四波混频等都和偏振态密切相关，所以对光纤随机拉曼激光器的激射特性研究显得尤为重要。此外，诸如传感和通讯等应用也都是需要线偏振的激光信号输出。
然而，由于随机光纤激光器自身的输出具有稳定的时域和频谱特性，如果将随机光纤激光器的输出作为种子源信号进行高功率泵浦放大时，反而可以在一定程度上抑制光纤中由于非线性效应而产生的频谱展宽，因此可以被用于替换传统高功率掺镱光纤激光器系统中的种子源激光器，获取更高功率输出的窄线宽光纤激光放大器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，包括保偏掺Yb3+光纤激光器以及窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器，所述保偏随机绿光和紫外光纤激光器的工作步骤如下：
S1、选取保偏掺Yb3+光纤激光器，所述保偏掺Yb3+光纤激光器作为泵浦源激光器，用于获取输出中心波长在1070nm的随机分布反馈光纤激光器；
S2、通过建立短腔，半开放式结构的窄线宽，保偏随机分布反馈光纤激光器的矢量模型，优化泵浦功率，光纤长度，根据优化结果产生窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器；
S3、所述窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器用于作为种子源，进行高功率泵浦放大，获取千瓦量级输出的窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器；
S4、将窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器作为种子源，进行反向千瓦机泵浦放大，并进行一次和二次倍频，输出绿光和紫外光。
优选的，在步骤S1中，所述保偏掺Yb3+光纤激光器的输出功率≥50W，输出中心波长1018nm；在步骤S2中，所述窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器的输出功率≥20W，输出中心波长1070nm。
优选的，在步骤S2中，所述保偏掺Yb3+光纤激光器是通过正反向(1+1)*1光纤合束器分别将四只单管输出10W，波长976nm的LD耦合进10/125的保偏掺Yb3+增益光纤中。
优选的，在步骤S2中，所述保偏掺Yb3+增益光纤两侧布置布拉格光纤光栅，所述布拉格光纤光栅作为谐振腔，谐振波长为1018nm。
优选的，在步骤S2中，所述保偏掺Yb3+光纤激光器两端均连接有包层泵浦光剥离器。
优选的，在步骤S3中，所述保偏掺Yb3+光纤激光器作为泵浦源，经过1018nm保偏带通滤波器、模场匹配器以及1018/1070nm的波分复用器(WDM)耦合到无源保偏单模光纤里，采用短腔，半开放式结构，反馈端使用一个保偏的高反FBG，并且通过环形器结合使用一个中心波长在1070nm，窄带的保偏相移FBG来获取窄线宽的保偏随机光纤激光信号输出，输出端使用一个1070nm/1120nm的WDM作为滤波器，将伴随产生的二阶拉曼斯托克斯光滤除后，得到输出功率≥50W，且中心波长1070nm的信号光。
优选的，在步骤S3中，所述保偏随机分布反馈光纤激光器作为种子源信号，采用六个输出200W的锁波长激光二极管阵列进行反向的高功率泵浦放大，增益介质采用大模场直径的25/400um的保偏掺Yb3+增益光纤。
优选的，在步骤S3中，所述保偏随机分布反馈光纤激光器连接976nm包层光剥离器。
优选的，在步骤S4中，所述窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器将获得的1kW的1um的保偏随机激光经过准直镜、半波片以及聚焦镜聚焦后，射入LBO晶体中，将LBO晶体加热至150摄氏度时，满足倍频所需要的匹配条件，从而实现一次倍频，输出0.532um的绿光。
优选的，在步骤S4中，所述窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器将获得的1kW的1um的保偏随机激光经过准直镜、半波片以及聚焦镜聚焦后，射入LBO晶体中，将LBO晶体加热至150摄氏度，再次经过准直镜以及聚焦镜聚焦，将绿光和倍频后残余的红外1um激光射入第二个LBO晶体，当满足匹配条件的时候，从而实现二次倍频，产生0.355um的紫外光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用本发明专利的方案可以同时获得千瓦以上的高功率，高消光比的线偏振光，适宜进一步倍频的窄线宽光谱特性；
2)目前有文献报道的最高的线偏振输出的随机反馈分布的光纤激光器输出功率是9.4W，而且由于使用的是保偏光纤环形镜结构，所以输出线宽高达1.2nm；而关于线宽到pm量级的随机光纤激光器的报道都是集中在激射波长在1550nm，低泵浦功率(刚刚超过激射阈值)条件下的情况，因此，本技术方案采取短腔，半开放结构，利用一个在1070nm有高反射率的保偏FBG和一个保偏相移FBG实现高功率，窄线宽的线偏振输出；
3)通过对随机分布反馈式的光纤激光器做一次和二次倍频，获取随机短波长，绿光和紫外光的光纤激光器。
附图说明
图1为一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器的结构示意图。
图2为一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器中50W，1018nm保偏掺Yb3+光纤激光器的结构示意图。
图3为一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器中20W，1070nm窄线宽，线偏振随机分布反馈光纤激光器的结构示意图。
图4为一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器中1kW，1070nm窄线宽，线偏振掺Yb3+光纤激光放大器的结构示意图。
图5为一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器中一次倍频的结构示意图。
图6为一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器中二次倍频的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，包括保偏掺Yb3+光纤激光器以及窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器，所述保偏随机绿光和紫外光纤激光器的工作步骤如下：
S1、选取输出功率≥50W，输出中心波长1018nm的保偏掺Yb3+光纤激光器201，所述保偏掺Yb3+光纤激光器201作为泵浦源激光器，用于获取输出中心波长在1070nm的随机分布反馈光纤激光器；
S2、通过建立短腔，半开放式结构的窄线宽，保偏随机分布反馈光纤激光器的矢量模型，优化泵浦功率，光纤长度，根据优化结果产生输出功率≥20W，输出中心波长1070nm的窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器301；
S3、所述窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器301用于作为种子源，进行高功率泵浦放大，获取千瓦量级输出的窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器；
S4、将窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器作为种子源，进行反向千瓦机泵浦放大，并进行一次和二次倍频，输出绿光和紫外光。
作为本发明实施例进一步的方案，请参阅图2，所述保偏掺Yb3+光纤激光器201是通过正反向(1+1)*1光纤合束器104分别将四只单管输出10W，波长976nm的LD101耦合进10/125的保偏掺Yb3+增益光纤106中；
具体的，所述保偏掺Yb3+增益光纤106两侧布置布拉格光纤光栅105，所述布拉格光纤光栅105作为谐振腔，谐振波长为1018nm，由于所述保偏掺Yb3+光纤激光器201为双向泵浦，保偏掺Yb3+光纤激光器201两端均连接有包层泵浦光剥离器103。
作为本发明实施例进一步的方案，请参阅图3，所述保偏掺Yb3+光纤激光器201作为泵浦源，经过1018nm保偏带通滤波器202、模场匹配器203以及1018/1070nm的波分复用器(WDM)耦合到无源保偏单模光纤206里；
具体的，采用短腔，半开放式结构，反馈端使用一个保偏的高反FBG205，并且通过环形器结合使用一个中心波长在1070nm，窄带的保偏相移FBG204来获取窄线宽的保偏随机光纤激光信号输出，输出端使用一个1070nm/1120nm的WDM作为滤波器，将伴随产生的二阶拉曼斯托克斯光滤除后，得到输出功率≥50W，且中心波长1070nm的信号光。
作为本发明实施例进一步的方案，请参阅图4，所述保偏随机分布反馈光纤激光器301作为种子源信号，采用六个输出200W的锁波长激光二极管305阵列进行反向的高功率泵浦304放大，增益介质采用大模场直径的25/400um的保偏掺Yb3+增益光纤303；
具体的，通过功率计，光电探测器，示波器和光谱仪对输出信号的功率，输出波长，频谱线宽等特性进行测量和分析，采用准直透镜，1/4波片和格兰-汤普森棱镜对输出信号的消光比进行测量，所述保偏随机分布反馈光纤激光器301连接976nm包层光剥离器302。
作为本发明实施例进一步的方案，请参阅图5，所述窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器将获得的1kW的1um的保偏随机激光经过准直镜401、半波片402以及聚焦镜403聚焦后，射入LBO晶体中，将LBO晶体加热至150摄氏度时，满足倍频所需要的匹配条件，从而实现一次倍频，输出0.532um的绿光；
作为本发明实施例进一步的方案，请参阅图6，所述窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器将获得的1kW的1um的保偏随机激光经过准直镜401、半波片402以及聚焦镜403聚焦后，射入LBO晶体中，将LBO晶体加热至150摄氏度，再次经过准直镜401以及聚焦镜403聚焦，将绿光和倍频后残余的红外1um激光射入第二个LBO晶体，当满足匹配条件的时候可以产生0.355um的紫外光。
本发明的工作原理是：采用短腔，半开放式结构反馈端使用一个保偏的高反FBG，并且通过环形器结合使用一个中心波长在1070nm，窄带的保偏相移FBG来获取窄线宽的保偏随机光纤激光信号输出；输出端使用一个1070nm/1120nm的WDM作为滤波器，将伴随产生的二阶拉曼斯托克斯光滤除；将自研的1070nm的保偏随机光纤激光器作为种子源，进行反向的千瓦级泵浦放大，并进行一次和二次倍频。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，包括保偏掺Yb3+光纤激光器以及窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器，所述保偏随机绿光和紫外光纤激光器的工作步骤如下：
S1、选取保偏掺Yb3+光纤激光器，所述保偏掺Yb3+光纤激光器作为泵浦源激光器，用于获取输出中心波长在1070nm的随机分布反馈光纤激光器；
S2、通过建立短腔，半开放式结构的窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器的矢量模型，优化泵浦功率，光纤长度；根据优化结果产生窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器，所述保偏掺Yb3+光纤激光器作为泵浦源，经过1018nm保偏带通滤波器、模场匹配器以及1018/1070nm的波分复用器WDM耦合到无源保偏单模光纤里，输出端使用一个1070nm/1120nm的波分复用器WDM作为滤波器，将伴随产生的二阶拉曼斯托克斯光滤除后，得到输出功率≥20W，且中心波长1070nm的信号光，反馈端位于无源保偏单模光纤的负方向的位置，且所述反馈端采用短腔，半开放式结构，包括两个环形器、一个保偏的1070nm波长高反FBG和一个中心波长在1070nm、窄带的保偏相移FBG，所述无源保偏单模光纤产生正向和负向的波长1070nm的激光信号，负向的波长1070nm的激光信号经过所述反馈端后不断的缩小频谱线宽，回到所述无源保偏单模光纤，循环往复来获取加强的窄线宽的波长1070nm的光纤激光信号输出；
S3、所述窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器用于作为种子源，进行高功率泵浦放大，获取千瓦量级输出的窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器；
S4、将窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器作为种子源，进行反向千瓦级 泵浦放大，并进行一次和二次倍频，输出绿光和紫外光。
2.根据权利要求1所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，在步骤S1中，所述保偏掺Yb3+光纤激光器的输出功率≥50W，输出中心波长1018nm；在步骤S2中，所述窄线宽保偏随机分布反馈光纤激光器的输出功率≥20W，输出中心波长1070nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，在所述保偏掺Yb3+光纤激光器是通过正反向（1+1）*1光纤合束器分别将四只单管输出10W，波长976nm的LD耦合进10/125的保偏掺Yb3+增益光纤中。
4.根据权利要求3所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，所述保偏掺Yb3+增益光纤两侧布置布拉格光纤光栅，所述布拉格光纤光栅作为谐振腔，谐振波长为1018nm。
5.根据权利要求4所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，所述保偏掺Yb3+光纤激光器两端均连接有包层泵浦光剥离器。
6.根据权利要求5所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，在步骤S3中，所述保偏随机分布反馈光纤激光器作为种子源信号，采用六个输出200W的锁波长激光二极管阵列进行反向的高功率泵浦放大，增益介质采用大模场直径的25/400um的保偏掺Yb3+增益光纤。
7.根据权利要求6所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，在步骤S3中，所述保偏随机分布反馈光纤激光器连接976nm包层光剥离器。
8.根据权利要求7所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，在步骤S4中，所述窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器将获得的1kW的1um的保偏随机激光经过准直镜、半波片以及聚焦镜聚焦后，射入LBO晶体中，将LBO晶体加热至150摄氏度时，满足倍频所需要的匹配条件，从而实现一次倍频，输出0.532um的绿光。
9.根据权利要求8所述的一种保偏随机绿光和紫外光纤激光器，其特征在于，在步骤S4中，所述窄线宽，保偏掺Yb3+全光纤激光放大器将获得的1kW的1um的保偏随机激光经过准直镜、半波片以及聚焦镜聚焦后，射入LBO晶体中，将LBO晶体加热至150摄氏度，再次经过准直镜以及聚焦镜聚焦，将绿光和倍频后残余的红外1um激光射入第二个LBO晶体，当满足匹配条件的时候，从而实现二次倍频，产生0.355um的紫外光。
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