CN116826495A - 一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤激光器技术领域，尤其涉及一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，包括泵浦光源一，泵浦光源一连接至波分复用器，还包括由波分复用器、增益光纤一、偏振相关隔离器、光纤环形器、光纤光栅、光纤Sagnac环一、偏振控制器一、偏振控制器二、输出耦合器一组成的环形谐振腔；泵浦光源一经过环形谐振腔后连接有偏振无关隔离器一，偏振无关隔离器一的输出端经线性谐振腔后连接有波长选择器组，波长选择器组由多个依次连接的波长选择器组成。本发明通过设置的环形谐振腔、偏振无关隔离器一和线性谐振腔，通过输出耦合器按照比例进行输出，并配合波长选择器组，可同时输出近红外二区多波段的脉冲激光，也可以输出其中任一波长的脉冲激光。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，尤其涉及一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器。
背景技术
多波段脉冲光纤激光器能够同时输出特定波长间隔的多个波长的脉冲激光，在生物医疗、传感检测、信息对抗、激光加工等领域有广泛的应用前景。不同波长的光纤耦合激光器模块在医疗领域上有着不同而广泛的应用，以多波段脉冲激光为代表的超高精密加工技术的出现，将有助于高端医疗器械的制造，成为医疗器械精细制造技术的最佳选择。多波段脉冲激光技术已经广泛地应用于医疗器械、医疗服务、生物制药、药物等高端技术领域，发挥更加重要的作用，另外，多波段脉冲激光越来越多地被直接用于人体医疗领域，改善患者生活。
但是，当前的现有技术中，半导体激光器以及固体激光器等激光器只能发射特定单一波长的激光，无法实现多波段同时输出，在多波段脉冲激光以及近红外二区特定波长的激光获取方面存在不足。
经检索，现有专利中，CN113572003A公开了一种基于双Sagnac环的通道间隔可调谐多波长光纤激光器，包括泵浦源，泵浦源、波分复用器、掺铒光纤、偏振无关隔离器、第一光耦合器依次串接，第一光耦合器分三路分别连接第二光耦合器、第三光耦合器、第三偏振器；第二光耦合器分两路，两路分别依次通过偏振控制器、保偏光纤连接第三光耦合器；第三偏振器通过高非线性光纤连接第四耦合器，第四耦合器与光谱仪连接，且第四耦合器接入第二光耦合器。该发明可以得到通道间隔可调谐的多波长激光输出，其多波长的输出功率受泵浦功率、环形腔长度、腔内非线性效应和腔内损耗等控制，随着各种光电器件的不断发展，将会得到更稳定的激光输出，其应用领域也会更加广泛。
该发明虽然可以得到通道间隔可调谐的多波长激光输出，但是其采用的是单泵浦源，且通道间隔固定，且如其说明书中所述，其多波长的输出功率受泵浦功率、环形腔长度、腔内非线性效应和腔内损耗等控制，较为受限，并且其采用的技术路线与本申请采用的技术路线完全不同。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明提供了一种可同时输出近红外二区多波段的脉冲激光，也可以输出其中任一波长的脉冲激光的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器。
本发明所述的一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，包括泵浦光源一，泵浦光源一连接至波分复用器，还包括由波分复用器、增益光纤一、偏振相关隔离器、光纤环形器、光纤光栅、光纤Sagnac环一、偏振控制器一、偏振控制器二、输出耦合器一组成的环形谐振腔；其中波分复用器、增益光纤一、偏振相关隔离器、光纤环形器、偏振控制器一、偏振控制器二、输出耦合器一依次连接，且输出耦合器一连回波分复用器形成环形连接，光纤Sagnac环一经光纤光栅连接至光纤环形器；
泵浦光源一经过环形谐振腔后连接有偏振无关隔离器一，偏振无关隔离器一的输出端经线性谐振腔后连接有波长选择器组，线性谐振腔包括依次连接的模场匹配器一、泵浦合束器、增益光纤二、偏振无关隔离器二、模场匹配器二、拉曼光纤、输出耦合器二和输出耦合器三，泵浦合束器连接有泵浦光源二，输出耦合器二连接有光纤Sagnac环二，波长选择器组由多个依次连接的波长选择器组成。
所述的增益光纤一为掺镱光纤，纤芯直径为10微米，包层直径为125微米。
掺镱光纤可起到增益介质的作用，实现泵浦光到信号光的能量转换及在环形谐振腔内将泵浦光能量放大。
所述的光纤光栅为可调谐滤波光纤光栅。
所述的拉曼光纤的使用长度为1000米。
所述的输出耦合器二耦合比例为1：9，其中90%的可调谐多波段脉冲激光在线性谐振腔内振荡，10%的可调谐多波段脉冲激光输出激光腔（即为从本激光器向外进行输出，下同）外。
输出耦合器是一种用在激光器谐振腔中的半透明的二色性反射镜，它的功能是将激光腔内的光功率部分透射出去，得到激光器的有用输出。
所述的输出耦合器三耦合比例为2：8，其中80%的可调谐多波段脉冲激光输入到波长选择器组，20%的可调谐多波段激光输出激光腔外用于得到同时输出的多波段脉冲激光。通过输出耦合器二可得到同时输出多波段的脉冲激光。
所述的波长选择器有七个，分别为波长选择器一、波长选择器二、波长选择器三、波长选择器四、波长选择器五、波长选择器六和波长选择器七，七个波长选择器可分别得到不同波长的脉冲激光。
每个波长选择器可输出不同波长的脉冲激光，通过波长选择的方式实现输出特定波长的效果，输出耦合器三可输出多波段脉冲激光。
所述的泵浦光源一通过波分复用器将976nm的泵浦光耦合到环形谐振腔中，经过环形谐振腔和偏振无关隔离器一后输出工作波长在1060nm到1080nm之间脉冲激光，脉冲激光经过线性谐振腔后，波长选择器一得到在1060nm到1080nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器二得到在1110nm到1133nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器三得到在1167nm到1194nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器四得到在1229nm到1260nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器五得到在1298nm到1332nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器六得到在1376nm到1414nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器七得到在1463nm到1504nm之间任一波长的脉冲激光。
经过七个波长选择器，可得到特定单一波长的脉冲激光，达到选取波长的效果。
本发明所具有的有益效果是：
本发明通过设置的环形谐振腔、偏振无关隔离器一和线性谐振腔，通过泵浦光源一提供泵浦光，波分复用器将泵浦光耦合到环形谐振腔中，通过增益光纤一进行泵浦光到信号光的能量转换及在谐振腔内将泵浦光能量放大，光纤光栅可限定脉冲激光的波长调谐范围工作，偏振控制器一与偏振控制器二可改变环形谐振腔的偏振状态，通过偏振无关隔离器一可使脉冲激光单向通过，经过泵浦光源二、泵浦合束器、增益光纤二起到脉冲能量放大的作用，可作为拉曼光纤的泵浦光，通过拉曼光纤提供拉曼效应，最后脉冲激光经过拉曼光纤后通过输出耦合器二和输出耦合器三按照比例进行输出，并配合波长选择器组，可同时输出近红外二区多波段的脉冲激光，也可以输出其中任一波长的脉冲激光。
具体的，本发明通过设置的多个产生不同波长脉冲激光的激光输出端口（波长选择器），在激光腔外可分别得到1060nm到1080nm、1110nm到1133nm、1167nm到1194nm、1229nm到1260nm、1298nm到1332nm、1376nm到1414nm和1463nm到1504nm的脉冲激光。也可同时得到1060nm到1080nm、1110nm到1133nm、1167nm到1194nm、1229nm到1260nm、1298nm到1332nm、1376nm到1414nm和1463nm到1504nm输出的脉冲激光。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、泵浦光源一；2、波分复用器；3、增益光纤一；4、偏振相关隔离器；5、光纤环形器；6、光纤光栅；7、光纤Sagnac环一；8、偏振控制器一；9、偏振控制器二；10、输出耦合器一；11、偏振无关隔离器一；12、模场匹配器一；13、泵浦光源二；14、泵浦合束器；15、增益光纤二；16、偏振无关隔离器二；17、模场匹配器二；18、拉曼光纤；19、输出耦合器二；20、光纤Sagnac环二；21、输出耦合器三；22、波长选择器一；23、波长选择器二；24、波长选择器三；25、波长选择器四；26、波长选择器五；27、波长选择器六；28、波长选择器七。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1所示，一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，包括泵浦光源一1，泵浦光源一1连接至波分复用器2，还包括由波分复用器2、增益光纤一3、偏振相关隔离器4、光纤环形器5、光纤光栅6、光纤Sagnac环一7、偏振控制器一8、偏振控制器二9、输出耦合器一10组成的环形谐振腔；其中波分复用器2、增益光纤一3、偏振相关隔离器4、光纤环形器5、偏振控制器一8、偏振控制器二9、输出耦合器一10依次连接，且输出耦合器一10连回波分复用器2形成环形连接，光纤Sagnac环一7经光纤光栅6连接至光纤环形器5；
泵浦光源一1经过环形谐振腔后连接有偏振无关隔离器一11，偏振无关隔离器一11的输出端经线性谐振腔后连接有波长选择器组，线性谐振腔包括依次连接的模场匹配器一12、泵浦合束器14、增益光纤二15、偏振无关隔离器二16、模场匹配器二17、拉曼光纤18、输出耦合器二19和输出耦合器三21，泵浦合束器14连接有泵浦光源二13，输出耦合器二19连接有光纤Sagnac环二20，波长选择器组由七个依次连接的波长选择器组成，分别为别为波长选择器一22、波长选择器二23、波长选择器三24、波长选择器四25、波长选择器五26、波长选择器六27和波长选择器七28。
泵浦光源一1通过波分复用器2将976nm的泵浦光耦合到环形谐振腔中，增益光纤一3为掺镱光纤，纤芯直径为10微米，包层直径为125微米；光纤光栅6为可调谐滤波光纤光栅，可将激光的工作波长调谐在1060nm到1080nm之间；偏振控制器一8与偏振控制器二9可改变环形谐振腔的偏振状态，得到工作波长在1060nm到1080nm之间的脉冲激光，偏振无关隔离器一11可使工作波长在1060nm到1080nm之间脉冲激光单向通过，单向通过的1060nm到1080nm之间脉冲激光经过所述泵浦光源二13、泵浦合束器14、增益光纤二15起到脉冲能量放大的作用，可作为拉曼光纤的泵浦光。
拉曼光纤18为多波段激光器提供拉曼效应，拉曼光纤18的使用长度为1000米。
输出耦合器二19耦合比例为1：9，其中90%的可调谐多波段脉冲激光在线性谐振腔内振荡，10%的可调谐多波段脉冲激光输出激光腔外。
输出耦合器三21耦合比例为2：8，其中80%的可调谐多波段脉冲激光输入到波长选择器一22，20%的可调谐多波段激光输出激光腔外用于得到同时输出的多波段脉冲激光。
波长选择器一22可得到在1060nm到1080nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器二23得到在1110nm到1133nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器三24得到在1167nm到1194nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器四25得到在1229nm到1260nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器五26得到在1298nm到1332nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器六27得到在1376nm到1414nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器七28得到在1463nm到1504nm之间任一波长的脉冲激光。
工作原理为：
使用时，泵浦光源一1提供976nm的泵浦光，波分复用器2将976nm的泵浦光耦合到环形谐振腔中，通过增益光纤一3进行泵浦光到信号光的能量转换及在谐振腔内将泵浦光能量放大，为产生1060nm-1080nm的激光提供增益介质，光纤光栅6可使得脉冲激光的波长调谐范围工作在1060nm-1080nm之间，偏振控制器一8与偏振控制器二9可改变环形谐振腔的偏振状态，得到工作波长在1060nm到1080nm之间脉冲激光。
偏振无关隔离器一11可使工作波长在1060nm到1080nm之间脉冲激光单向通过，保护前端种子激光光源，单向通过的1060nm到1080nm之间脉冲激光经过泵浦光源二13、泵浦合束器14、增益光纤二15起到脉冲能量放大的作用，可作为拉曼光纤的泵浦光，拉曼光纤18为本多波段激光器提供拉曼效应；
脉冲激光经过拉曼光纤18后，输出耦合器二19的耦合比例为1：9，其中90%的可调谐多波段脉冲激光在线性谐振腔内振荡，10%的可调谐多波段脉冲激光输出激光腔外。
输出耦合器三21耦合比例为2：8，其中80%的可调谐多波段脉冲激光输入到波长选择器一22，20%的可调谐多波段激光输出激光腔外用于得到同时输出的多波段脉冲激光。
经过输出耦合器三21的80%的多波段脉冲激光输出后，波长选择器一22得到在1060nm到1080nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器二23得到在1110nm到1133nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器三24得到在1167nm到1194nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器四25得到在1229nm到1260nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器五26得到在1298nm到1332nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器六27得到在1376nm到1414nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器七28得到在1463nm到1504nm之间任一波长的脉冲激光。
Claims (8)
1.一种多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，包括泵浦光源一（1），泵浦光源一（1）连接至波分复用器（2），其特征在于：还包括由波分复用器（2）、增益光纤一（3）、偏振相关隔离器（4）、光纤环形器（5）、光纤光栅（6）、光纤Sagnac环一（7）、偏振控制器一（8）、偏振控制器二（9）、输出耦合器一（10）组成的环形谐振腔；其中波分复用器（2）、增益光纤一（3）、偏振相关隔离器（4）、光纤环形器（5）、偏振控制器一（8）、偏振控制器二（9）、输出耦合器一（10）依次连接，且输出耦合器一（10）连回波分复用器（2）形成环形连接，光纤Sagnac环一（7）经光纤光栅（6）连接至光纤环形器（5）；
泵浦光源一（1）经过环形谐振腔后连接有偏振无关隔离器一（11），偏振无关隔离器一（11）的输出端经线性谐振腔后连接有波长选择器组，线性谐振腔包括依次连接的模场匹配器一（12）、泵浦合束器（14）、增益光纤二（15）、偏振无关隔离器二（16）、模场匹配器二（17）、拉曼光纤（18）、输出耦合器二（19）和输出耦合器三（21），泵浦合束器（14）连接有泵浦光源二（13），输出耦合器二（19）连接有光纤Sagnac环二（20），波长选择器组由多个依次连接的波长选择器组成。
2.一种根据权利要求1所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的增益光纤一（3）为掺镱光纤，纤芯直径为10微米，包层直径为125微米。
3.一种根据权利要求1所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的光纤光栅（6）为可调谐滤波光纤光栅。
4.一种根据权利要求1所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的拉曼光纤（18）的使用长度为1000米。
5.一种根据权利要求1所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的输出耦合器二（19）耦合比例为1：9，其中90%的可调谐多波段脉冲激光在线性谐振腔内振荡，10%的可调谐多波段脉冲激光输出激光腔外。
6.一种根据权利要求1所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的输出耦合器三（21）耦合比例为2：8，其中80%的可调谐多波段脉冲激光输入到波长选择器组，20%的可调谐多波段激光输出激光腔外用于得到同时输出的多波段脉冲激光。
7.一种根据权利要求1所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的波长选择器有七个，分别为波长选择器一（22）、波长选择器二（23）、波长选择器三（24）、波长选择器四（25）、波长选择器五（26）、波长选择器六（27）和波长选择器七（28），七个波长选择器可分别得到不同波长的脉冲激光。
8.一种根据权利要求7所述的多波长可调谐可选取的脉冲拉曼光纤激光器，其特征在于：所述的泵浦光源一（1）通过波分复用器（2）将976nm的泵浦光耦合到环形谐振腔中，经过环形谐振腔和偏振无关隔离器一（11）后输出工作波长在1060nm到1080nm之间脉冲激光，脉冲激光经过线性谐振腔后，波长选择器一（22）得到在1060nm到1080nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器二（23）得到在1110nm到1133nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器三（24）得到在1167nm到1194nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器四（25）得到在1229nm到1260nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器五（26）得到在1298nm到1332nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器六（27）得到在1376nm到1414nm之间任一波长的脉冲激光；波长选择器七（28）得到在1463nm到1504nm之间任一波长的脉冲激光。
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