CN116885538B - 单频黄光脉冲光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种单频黄光脉冲光纤激光器。该单频黄光脉冲光纤激光器包括：谐振腔、分段温控炉、保偏波分复用器、泵浦源和输出光路；谐振腔，用于依次存放可饱和吸收体、自拉曼晶体玻璃复合光纤组、倍频晶体光纤和窄带保偏光纤光栅；分段温控炉，用于控制自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度和倍频晶体光纤的温度；保偏波分复用器的公共端与窄带保偏光纤光栅连接；泵浦源的输出端与保偏波分复用器的输入端连接，用于激励自拉曼晶体玻璃复合光纤组，以使谐振腔生成单频黄光脉冲激光；输出光路的输入端与保偏波分复用器的输出端连接，用于输出单频黄光脉冲激光。采用该单频黄光脉冲光纤激光器能够提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
Description
技术领域
本申请涉及激光技术领域，特别是涉及一种单频黄光脉冲光纤激光器。
背景技术
黄光激光在生物标记、眼科治疗、天文探测、可视化显示等领域具有广泛的应用前景，部分领域尤其要求激光器具有高功率、窄线宽、线偏振等输出特性，同时也要求激光器具有高可靠性、高稳定性、结构紧凑等特点。
传统技术中，可通过空间结构的固体激光技术获取黄光激光。
然而，传统技术获取黄光激光时，获取装置体积较大，装置内分立式元器件数量多，不利于获取装置的稳定单频运转，不利于提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种单频黄光脉冲光纤激光器。采用该单频黄光脉冲光纤激光器可以提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
一种单频黄光脉冲光纤激光器，所述单频黄光脉冲光纤激光器包括：谐振腔、分段温控炉、保偏波分复用器、泵浦源和输出光路；
所述谐振腔，用于依次存放可饱和吸收体、自拉曼晶体玻璃复合光纤组、倍频晶体光纤和窄带保偏光纤光栅；
所述分段温控炉，用于控制所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度和所述倍频晶体光纤的温度；
所述保偏波分复用器的公共端与所述窄带保偏光纤光栅连接；
所述泵浦源的输出端与所述保偏波分复用器的输入端连接，用于激励所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组，以使所述谐振腔生成单频黄光脉冲激光；
所述输出光路的输入端与所述保偏波分复用器的输出端连接，用于输出所述单频黄光脉冲激光。
上述的单频黄光脉冲光纤激光器在工作过程中，泵浦源发出的泵浦光通过泵浦源的输出端传输至保偏波分复用器，泵浦光经过保偏波分复用器的公共端传输至谐振腔中，泵浦光依次经过窄带保偏光纤光栅和倍频晶体光纤后，被自拉曼晶体玻璃复合光纤的纤芯层吸收，产生1.0～1.1μm基频光，并发生拉曼偏移，进一步产生1.1～1.2μm拉曼激光，拉曼激光经过可饱和吸收体产生脉冲拉曼激光，此时脉冲拉曼激光自可饱和吸收体向窄带保偏光纤光栅的方向传输，脉冲拉曼激光经过倍频晶体光纤产生二次谐波，该二次谐波经过窄带保偏光纤光栅得到单频黄光脉冲激光，单频黄光脉冲激光通过保偏波分复用器的公共端进入保偏波分复用器，保偏波分复用器通过保偏波分复用器的输出端，将单频黄光脉冲激光通过输出光路的输入端输入至输出光路，由输出光路输出单频黄光脉冲激光。如此，采用激光增益介质、倍频晶体光纤、保偏窄带光纤光栅一体化的结构，实现全光纤化，从而减小激光获取装置的体积，降低损耗，在保证单频输出的同时，稳定得到高质量的单频黄光脉冲激光光束，从而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，所述输出光路包括：保偏滤波器和保偏隔离器；所述保偏滤波器的输出端与所述保偏隔离器的输入端连接。
在其中一个实施例中，所述可饱和吸收体在1.0～1.2μm波段和黄光波段的反射率大于70％；所述可饱和吸收体的调制深度为1～20％。
在其中一个实施例中，所述可饱和吸收体的材料包括半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、二维拓扑材料和黑磷。
在其中一个实施例中，所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组由若干段自拉曼晶体玻璃复合光纤熔接而成；所述若干段自拉曼晶体玻璃复合光纤的纤芯中掺杂有不同浓度的稀土离子；所述稀土离子包括Nd3+和Yb3+；所述稀土离子的浓度范围为0.1×1020～2×1021ions/cm3；所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组中靠近所述泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度低于所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组中远离所述泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度。
在其中一个实施例中，所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的纤芯层的直径为4～200μm；所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的包层的直径为80～1000μm，所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的包层的材料包括石英和硅酸盐玻璃。
在其中一个实施例中，所述倍频晶体光纤的纤芯的材料包括周期极化铌酸锂晶体和周期极化钽酸锂晶体；所述倍频晶体光纤的纤芯的直径为4～200μm；所述倍频晶体光纤的包层的材料包括石英和硅酸盐玻璃；所述倍频晶体光纤的包层的直径为80～1000μm。
在其中一个实施例中，所述窄带保偏光纤光栅在1.0～1.2μm波段的反射率大于70％；所述窄带保偏光纤光栅的3dB反射带宽为0.01～1nm；所述窄带保偏光纤光栅在黄光波段是部分反射且反射率大于10％；所述窄带保偏光纤光栅的3dB反射带宽为0.01～1nm。
在其中一个实施例中，所述泵浦源的工作波长为800～980nm；所述泵浦源包括半导体激光器和光纤激光器。
在其中一个实施例中，所述分段温控炉，用于将所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度控制在0～100℃；所述分段温控炉，还用于将所述倍频晶体光纤的温度控制在0～300℃；所述分段温控炉的温度控制精度为±0.05℃。
附图说明
图1为一个实施例中一种单频黄光脉冲光纤激光器的结构示意图；
图2为另一个实施例中一种单频黄光脉冲光纤激光器的结构示意图；
图3为一个实施例中一种输出光路的结构示意图；
图4为一个实施例中一种周期极化铌酸锂晶体的示意图；
图5为一个实施例中一种黄光输出功率与泵浦功率的关系图；
图6为另一个实施例中一种黄光输出功率与泵浦功率的关系图。
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。
需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
为了便于本领域技术人员理解，图1提供了一种单频黄光脉冲光纤激光器，该单频黄光脉冲光纤激光器包括：谐振腔、分段温控炉、保偏波分复用器、泵浦源和输出光路；其中，谐振腔，用于依次存放可饱和吸收体、自拉曼晶体玻璃复合光纤组、倍频晶体光纤和窄带保偏光纤光栅；分段温控炉，用于控制自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度和倍频晶体光纤的温度；保偏波分复用器的公共端与窄带保偏光纤光栅连接；泵浦源的输出端与保偏波分复用器的输入端连接，用于激励自拉曼晶体玻璃复合光纤组，以使谐振腔生成单频黄光脉冲激光；输出光路的输入端与保偏波分复用器的输出端连接，用于输出单频黄光脉冲激光。
其中，谐振腔可以是指用以使高频电磁场在腔内持续振荡的金属空腔。
其中，分段温控炉可以是指对谐振腔中不同区域进行温度控制的装置。
其中，保偏波分复用器可以是指一种光信号传输线路。
其中，泵浦源可以是指对激光工作物质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转的装置。
实际应用中，谐振腔可设置于分段温控炉之上；谐振腔中可饱和吸收体、自拉曼晶体玻璃复合光纤组、倍频晶体光纤和窄带保偏光纤光栅的存放方式可通过预先设置可饱和吸收体、自拉曼晶体玻璃复合光纤组、倍频晶体光纤和窄带保偏光纤光栅各自对应的存放区域实现。
具体实现中，如图2所示，提供了一种单频黄光脉冲光纤激光器的结构示意图，该单频黄光脉冲光纤激光器包括谐振腔10、分段温控炉20、泵浦源30、保偏波分复用器40、保偏滤波器50、保偏隔离器60；上述单频黄光脉冲光纤激光器中光路的连接方式可以包括活动性的机械对接耦合或永久性的熔融连接耦合。
作为一种示例，上述单频黄光脉冲光纤激光器使用同时具有激光增益和拉曼频移特性的自拉曼晶体玻璃复合光纤组作为激光工作介质，使用可饱和吸收体和窄带保偏光纤光栅作为短谐振腔的前后腔镜进行选频；在泵浦源的持续抽运下，自拉曼晶体玻璃复合光纤组受激辐射产生1.0～1.1μm基频光，并进一步发生拉曼频移产生1.1～1.2μm拉曼光，经可饱和吸收体进行调制(Q调制)，产生脉冲拉曼激光，并反射回谐振腔内；当脉冲拉曼激光经过倍频晶体光纤、窄带保偏光纤光栅后产生黄光脉冲激光，其中，可通过预先设置窄带保偏光纤光栅慢轴对应的反射峰与可饱和吸收体的反射峰相重叠(如通过刻蚀技术在光纤刻上特定的周期，使窄带保偏光纤光栅慢轴对应的反射峰与可饱和吸收体的反射峰重叠)，从而产生(线偏振)黄光脉冲激光，窄带保偏光纤光栅相当于谐振腔输出镜，对黄光部分透过，部分黄光脉冲激光反射回谐振腔内形成多次谐振振荡，通过控制谐振腔的有效腔长(即自拉曼晶体玻璃复合光纤组和倍频晶体光纤的物理长度，如事先设置自拉曼晶体玻璃复合光纤组和倍频晶体光纤的使用长度均为1～100mm)以及控制窄带保偏光纤光栅的反射带宽，可获得稳定单纵模(单频)运转、线偏振的黄光脉冲激光输出。
上述的单频黄光脉冲光纤激光器，泵浦源发出的泵浦光通过泵浦源的输出端传输至保偏波分复用器，泵浦光经过保偏波分复用器的公共端传输至谐振腔中，泵浦光依次经过窄带保偏光纤光栅和倍频晶体光纤后，被自拉曼晶体玻璃复合光纤的纤芯层吸收，产生1.0～1.1μm基频光，并发生拉曼偏移，进一步产生1.1～1.2μm拉曼激光，拉曼激光经过可饱和吸收体产生脉冲拉曼激光，此时脉冲拉曼激光自可饱和吸收体向窄带保偏光纤光栅的方向传输，脉冲拉曼激光经过倍频晶体光纤产生二次谐波，该二次谐波经过窄带保偏光纤光栅得到单频黄光脉冲激光，单频黄光脉冲激光通过保偏波分复用器的公共端进入保偏波分复用器，保偏波分复用器通过保偏波分复用器的输出端，将单频黄光脉冲激光通过输出光路的输入端输入至输出光路，由输出光路输出单频黄光脉冲激光。如此，采用激光增益介质、倍频晶体光纤、保偏窄带光纤光栅一体化的结构，实现全光纤化，从而减小激光获取装置的体积，降低损耗，在保证单频输出的同时，稳定得到高质量的单频黄光脉冲激光光束，从而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，输出光路包括：保偏滤波器和保偏隔离器；保偏滤波器的输出端与保偏隔离器的输入端连接。
实际应用中，如图3所示，提供了一种输出光路的结构示意图，保偏滤波器与保偏隔离器之间的连接方式可以包括活动性的机械对接耦合或永久性的熔融连接耦合。
其中，保偏滤波器可以是指用于从不同波长的光波中选出或滤除特定波长光波的光器件，实际应用中，保偏滤波器可以包括保偏光纤滤波器。
其中，保偏隔离器可以包括保偏光纤隔离器。
具体实现中，保偏滤波器的工作带宽可以完全覆盖黄光波段，保偏滤波器对黄光波段全部通过，保偏滤波器可将1.0～1.2μm波段的基频光与拉曼光全部滤除，以提高输出的黄光激光的光信噪比。
具体实现中，保偏隔离器的作用是为了防止谐振腔输出的黄光激光的反射光返回谐振腔内，以避免影响谐振腔的工作。
本实施例的技术方案，通过利用保偏滤波器和保偏隔离器形成输出光路，可提高单频黄光脉冲激光的光信噪比，从而提高激光的质量，还可防止激光的反射光返回谐振腔，从而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，可饱和吸收体在1.0～1.2μm波段和黄光波段的反射率大于70％；可饱和吸收体的调制深度为1～20％。
实际应用中，可饱和吸收体可代替DBR结构谐振腔的宽带光纤光栅，同时对腔内振荡激光进行Q调制(作为被动调Q器件)。
本实施例的技术方案，通过在谐振腔中设置可饱和吸收体，无需在腔内插入额外的调Q器件，能够有效减少腔内元件数量，降低单频黄光脉冲激光的制取成本。
在其中一个实施例中，可饱和吸收体的材料包括半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、二维拓扑材料和黑磷。
实际应用中，半导体可饱和吸收镜(SESAM)的基本结构可以包括反射镜与半导体可饱和吸收体。
具体实现中，可饱和吸收体的材料可以包括但不限于半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、二维拓扑材料和黑磷。
本实施例的技术方案，通过利用半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、二维拓扑材料和黑磷制成可饱和吸收体，能够作为谐振腔的(非线性)反射镜，实现激光在谐振腔内的谐振振荡。
在其中一个实施例中，自拉曼晶体玻璃复合光纤组由若干段(如大于或等于两段)自拉曼晶体玻璃复合光纤熔接而成；若干段自拉曼晶体玻璃复合光纤的纤芯中掺杂有不同浓度的稀土离子；稀土离子包括Nd3+和Yb3+；稀土离子的浓度范围为0.1×1020～2×1021ions/cm3；自拉曼晶体玻璃复合光纤组中靠近泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度低于自拉曼晶体玻璃复合光纤组中远离泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度。
实际应用中，若干段自拉曼晶体玻璃复合光纤的纤芯中稀土离子的浓度范围均为0.1×1020～2×1021ions/cm3，具体地，以任意两段自拉曼晶体玻璃复合光纤为例，上述任意两段自拉曼晶体玻璃复合光纤中靠近泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度为A1(0.1×1020ions/cm3<A1<2×1021ions/cm3)，上述任意两段自拉曼晶体玻璃复合光纤中远离泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度为A2(0.1×1020ions/cm3<A2<2×1021ions/cm3)，可设置针对上述任意两段自拉曼晶体玻璃复合光纤的预设浓度阈值X(0.1×1020ions/cm3<X<2×1021ions/cm3)，则通过控制A1、A2和X之间的关系为A1<X<A2，即可实现使自拉曼晶体玻璃复合光纤组中靠近泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度低于自拉曼晶体玻璃复合光纤组中远离泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度。
具体实现中，自拉曼晶体可以包括但不限于Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Nd:GdVO4、Nd:LuVO4、Nd:KGd(WO4)2、Nd:BaWO4、Yb:YVO4、Yb:GdVO4、Yb:KGd(WO4)2等晶体，自拉曼晶体能够受激辐射直接产生位于1.1～1.2μm波段的拉曼激光输出。
本实施例的技术方案，通过自拉曼晶体玻璃复合光纤组的纤芯中掺杂稀土离子，能够使自拉曼晶体玻璃复合光纤组在泵浦源的激励下，受激产生拉曼激光输出，进而基于拉曼激光制备单频黄光脉冲激光。
在其中一个实施例中，自拉曼晶体玻璃复合光纤组的纤芯层的直径为4～200μm；自拉曼晶体玻璃复合光纤组的包层的直径为80～1000μm，自拉曼晶体玻璃复合光纤组的包层的材料包括石英和硅酸盐玻璃。
具体实现中，自拉曼晶体玻璃复合光纤组通过采用激光加热基座拉丝法制备得到，具体地，自拉曼晶体玻璃复合光纤组的制备方法可包括：分别将自拉曼晶体用作纤芯，将石英或硅酸盐毛细玻璃管用作包层，将自拉曼晶体插入到毛细玻璃管中，使用激光加热基座生长技术对插入了自拉曼晶体的毛细玻璃管进行二次加热熔融提拉，制备得到自拉曼晶体玻璃复合光纤组。
本实施例的技术方案，通过限定自拉曼晶体玻璃复合光纤组的纤芯层直径、包层直径和包层材料，能够优化自拉曼晶体玻璃复合光纤组的性能，进而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，倍频晶体光纤的纤芯的材料包括周期极化铌酸锂晶体和周期极化钽酸锂晶体(PPLT)；倍频晶体光纤的纤芯的直径为4～200μm；倍频晶体光纤的包层的材料包括石英和硅酸盐玻璃；倍频晶体光纤的包层的直径为80～1000μm。
实际应用中，周期极化铌酸锂晶体可以是指周期性极化铌酸锂晶体(PPLN)。
实际应用中，倍频晶体光纤的使用长度为1～100mm；倍频晶体光纤的制备方法可以包括激光加热基座拉丝法。
具体实现中，倍频晶体光纤的周期方向与窄带保偏光纤光栅的慢轴进行对准与连接，使产生的拉曼光偏振方向与倍频晶体光纤的周期平行(如图4所示，提供了一种周期极化铌酸锂晶体的示意图，采用准相位匹配技术在倍频晶体纤芯中制备出周期性极化光栅，当输入光偏振方向平行与Y轴即与周期平行，作用产生二次谐波)。
本实施例的技术方案，通过限定倍频晶体光纤的纤芯材料、纤芯直径、包层材料和包层直径，能够提高单频黄光脉冲光纤激光器输出的单频黄光脉冲激光的质量。
在其中一个实施例中，窄带保偏光纤光栅在1.0～1.2μm波段的反射率大于70％；窄带保偏光纤光栅的3dB反射带宽为0.01～1nm；窄带保偏光纤光栅在黄光波段是部分反射且反射率大于10％；窄带保偏光纤光栅的3dB反射带宽为0.01～1nm。
实际应用中，窄带保偏光纤光栅可作为谐振腔的输出镜，以使黄光部分透过，部分反射回腔内。
本实施例的技术方案，通过窄带保偏光纤光栅，能够使黄光激光能够反射回谐振腔，以实现黄光脉冲激光在谐振腔内的谐振激荡，从而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，泵浦源的工作波长为800～980nm；泵浦源包括半导体激光器和光纤激光器。
具体实现中，泵浦源可以包括固态激光器。
实际应用中，泵浦源的工作波长根据自拉曼晶体玻璃复合光纤组的掺杂稀土离子类型和能级结构进行匹配选择。
本实施例的技术方案，通过设置泵浦源的工作波长，能够促进谐振腔中自拉曼晶体玻璃复合光纤组受激，保证单频黄光脉冲光纤激光器的有序运行，进而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，分段温控炉，用于将自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度控制在0～100℃；分段温控炉，还用于将倍频晶体光纤的温度控制在0～300℃；分段温控炉的温度控制精度为±0.05℃。
实际应用中，分段温控炉控制自拉曼晶体玻璃复合光纤的温度的作用可以包括散热，减小热效应，提高拉曼频移效率；分段温控炉控制倍频晶体光纤的温度的作用可以包括匹配特定波长(如拉曼光波长)。
本实施例的技术方案，通过分段温控炉控制谐振腔中的自拉曼晶体玻璃复合光纤组和倍频晶体光纤的温度，能够提高拉曼频移效率，进而提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
在其中一个实施例中，一种单频黄光脉冲光纤激光器各部分器件的具体选型参数如下：泵浦源30为808nm单模商用半导体激光器，最高输出600mW连续激光，采用后向泵浦方式；保偏波分复用器40为589/808nm波分复用器，保偏滤波器50的工作带宽为589±3nm，保偏隔离器60的工作波长为589nm；可饱和吸收体11为SESAM，对1066nm基频光和1178nm拉曼光的反射率均为95％，调制深度为8％，其尺寸为4×4×0.45mm3，与自拉曼晶体玻璃复合光纤12通过机械对接耦合方式连接；自拉曼晶体玻璃复合光纤组12的纤芯为沿c轴生长(自拉曼晶体玻璃复合光纤组的纤芯选择Nd:YVO4的c轴方向进行提拉生长)的Nd:YVO4晶体，使用长度为10mm，其温度控制在15℃；倍频晶体光纤13的纤芯为PPLN晶体，使用长度为5mm，极化周期为9.45μm，其温度控制在29.8℃，以确保PPLN匹配波长对准1178nm拉曼光(PPLN材料在不同温度下吸收中心波长不同；匹配波长：对于入射光位于1178nm时，达到最佳相位匹配的温度在29.8℃)；窄带保偏光纤光栅14对1066nm基频光和1178nm拉曼光的反射率均为75％，3dB反射带宽为0.08nm，在589nm黄光处反射率为20％，3dB反射带宽为0.1nm；自拉曼晶体玻璃复合光纤组12、倍频晶体光纤13、窄带保偏光纤光栅14的纤芯直径均为10μm，包层均为石英玻璃，包层直径均为125μm；自拉曼晶体玻璃复合光纤组12由3段不同Nd3+掺杂浓度的自拉曼晶体玻璃复合光纤熔接而成，靠近泵浦光输入端的掺杂浓度为2×1020ions/cm3，中间一段掺杂浓度为4×1020ions/cm3，远离泵浦光输入端的掺杂浓度为8×1020ions/cm3；最终，保偏隔离器60输出波长为589nm单频黄光脉冲激光，该单频黄光脉冲激光的黄光输出功率与泵浦功率的关系图可如图5所示，最高平均输出功率为100mW、线宽为2kHz、单脉冲能量为20μJ，整个谐振腔长度为厘米量级，使用Fabry-Perot扫描干涉仪测量输出脉冲激光呈现单纵模状态；上述光纤激光器可基于全内反射工作原理，将激光产生与传输约束在纤细的光纤波导结构内，具有转换效率高、光束质量好、兼容性好等优点，通过采用全光纤化结构的激光振荡器，创新性地结合腔内调Q与腔内倍频技术措施，可以提高谐波转换效率与输出功率，实现高峰值功率、高转换效率且结构紧凑的单频黄光脉冲光纤激光输出。
本实施例的技术方案，采用激光增益介质、倍频晶体光纤、保偏窄带光纤光栅一体化的结构，实现全光纤化，与传统固体拉曼黄光激光器相比，上述单频黄光脉冲光纤激光器具有体积小、损耗低、光束质量好、稳定性高、易实现单频输出等优势；可饱和吸收体实际上可作为一面非线性的反射镜，可代替DBR结构谐振腔的宽带光纤光栅，同时对腔内振荡激光进行Q调制，因此无需在腔内插入额外的调Q器件，从而有效减少腔内元件数量、降低成本，最终获得高峰值功率、高转换效率、稳定性好的单频黄光脉冲激光输出。
在其中一个实施例中，一种单频黄光脉冲光纤激光器各部分器件的具体选型参数如下：泵浦源30为980nm单模商用半导体激光器，最高输出750mW连续激光，采用后向泵浦方式；保偏波分复用器40为560/980nm波分复用器，保偏滤波器50的工作带宽为560±3nm，保偏隔离器60的工作波长为560nm；可饱和吸收体11为SESAM，对1030nm基频光和1120nm拉曼光的反射率均为95％，调制深度为8％，其尺寸为4×4×0.45mm3，与自拉曼晶体玻璃复合光纤12通过机械对接耦合方式连接；自拉曼晶体玻璃复合光纤组12的纤芯为Yb:KGd(WO4)2晶体，使用长度为15mm，其温度控制在15℃；倍频晶体光纤13为PPLT晶体，使用长度为10mm，极化周期为7.87μm，其温度控制在43.1℃，以确保PPLT匹配波长对准1120nm拉曼光；保偏窄带光纤光栅14对1030nm基频光和1120nm拉曼光的反射率均为80％，3dB反射带宽为0.06nm，在560nm黄光处反射率为30％，3dB反射带宽为0.09nm；自拉曼晶体玻璃复合光纤组12、倍频晶体光纤13、窄带保偏光纤光栅14的纤芯直径均为10μm，包层均为石英玻璃，包层直径均为125μm；自拉曼晶体玻璃复合光纤组12由2段不同Yb3+掺杂浓度的自拉曼晶体玻璃复合光纤熔接而成，靠近泵浦光输入端的掺杂浓度为4×1020ions/cm3，远离泵浦光输入端的掺杂浓度为8×1020ions/cm3；最终，保偏光隔离器60输出波长为560nm单频脉冲激光，该单频黄光脉冲激光的黄光输出功率与泵浦功率的关系图可如图6所示，最高平均输出功率为220mW、线宽为3kHz、单脉冲能量为30μJ。整个谐振腔长度为厘米量级，使用Fabry-Perot扫描干涉仪测量输出脉冲激光呈现单纵模状态。
本实施例的技术方案，结合自拉曼效应与短腔倍频结构，使得单频黄光脉冲激光单频黄光脉冲光纤激光器具备结构紧凑、抗环境干扰强、转换效率高、线宽窄的优点，提高单频黄光脉冲激光的生成效率。
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本申请专利范围的限制。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，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述单频黄光脉冲光纤激光器包括：谐振腔、分段温控炉、保偏波分复用器、泵浦源和输出光路；
所述谐振腔，用于依次存放可饱和吸收体、自拉曼晶体玻璃复合光纤组、倍频晶体光纤和窄带保偏光纤光栅；所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的制备方法包括：将自拉曼晶体用作纤芯，将石英或硅酸盐毛细玻璃管用作包层，将自拉曼晶体插入到毛细玻璃管中，使用激光加热基座生长技术对插入了所述自拉曼晶体的毛细玻璃管进行二次加热熔融提拉，制备得到所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组；
所述分段温控炉，用于控制所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度和所述倍频晶体光纤的温度；
所述保偏波分复用器的公共端与所述窄带保偏光纤光栅连接；
所述泵浦源的输出端与所述保偏波分复用器的输入端连接，用于激励所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组，以使所述谐振腔生成单频黄光脉冲激光；
所述输出光路的输入端与所述保偏波分复用器的输出端连接，用于输出所述单频黄光脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述输出光路包括：保偏滤波器和保偏隔离器；所述保偏滤波器的输出端与所述保偏隔离器的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体在1.0～1.2μm波段和黄光波段的反射率大于70％；所述可饱和吸收体的调制深度为1～20％。
4.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体包括半导体可饱和吸收镜、碳纳米管、石墨烯、二维拓扑材料和黑磷中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组由若干段自拉曼晶体玻璃复合光纤熔接而成；所述若干段自拉曼晶体玻璃复合光纤的纤芯中掺杂有不同浓度的稀土离子；所述稀土离子包括Nd3+和Yb3+；所述稀土离子的浓度范围为0.1×1020～2×1021ions/cm3；所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组中靠近所述泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度低于所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组中远离所述泵浦源的输入端的光纤中稀土离子的浓度。
6.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的纤芯层的直径为4～200μm；所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的包层的直径为80～1000μm，所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的包层的材料包括石英和硅酸盐玻璃。
7.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述倍频晶体光纤的纤芯的材料包括周期极化铌酸锂晶体和周期极化钽酸锂晶体；所述倍频晶体光纤的纤芯的直径为4～200μm；所述倍频晶体光纤的包层的材料包括石英和硅酸盐玻璃；所述倍频晶体光纤的包层的直径为80～1000μm。
8.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述窄带保偏光纤光栅在1.0～1.2μm波段的反射率大于70％；所述窄带保偏光纤光栅的3dB反射带宽为0.01～1nm；所述窄带保偏光纤光栅在黄光波段是部分反射且反射率大于10％；所述窄带保偏光纤光栅的3dB反射带宽为0.01～1nm。
9.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源的工作波长为800～980nm；所述泵浦源包括半导体激光器和光纤激光器。
10.根据权利要求1所述的单频黄光脉冲光纤激光器，其特征在于，所述分段温控炉，用于将所述自拉曼晶体玻璃复合光纤组的温度控制在0～100℃；所述分段温控炉，还用于将所述倍频晶体光纤的温度控制在0～300℃；所述分段温控炉的温度控制精度为±0.05℃。
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