CN209133829U - 一种光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于激光器领域，提供了一种光纤激光器，包括泵浦光源、波分复用器和激光谐振腔，泵浦光源从波分复用器的光接收端接入，激光谐振腔包括钙钛矿晶体填充棒、全反射镜和中心波长可调谐的光纤光栅，全反射镜和光纤光栅分别设置于钙钛矿晶体填充棒的两端，光纤光栅设置于谐振腔传输端与钙钛矿晶体填充棒之间，钙钛矿晶体填充棒中的钙钛矿晶体材料吸收穿过光纤光栅的泵浦光后辐射激光，激光通过全反射镜反射回激光谐振腔中进行光放大，产生可见光范围内的激光，该可见光范围内的激光通过光纤光栅进行波长调谐后从激光输出端输出。本实用新型中的光纤激光器结构简单、激光质量良好且波长可调。

Description

一种光纤激光器

技术领域

本实用新型属于激光器领域，尤其涉及一种光纤激光器。

背景技术

绿光在生物、工业、印刷、医疗、存储、显示和军事等方面具有广泛的应用。例如，在医学治疗方面，由于人眼对绿光谱段的光最敏感，绿光激光常用于治疗近视的手术中，所需的作用时间短、危险性低。在光存储方面，由于光存储密度和光波长的二次方成反比，所以缩短波长是提高光存储密度的有效途径，相比之前常用红外和近红外波段，采用绿光激光作为光存储的光源能极大提高光存储密度。在工业方面，绿光脉冲光纤激光器的峰值功率高，可用于打标、焊接、雕刻等领域。在军事方面，绿光激光器可用来做激光制导、激光防空等。目前产生绿光激光的方法一般包括以下几种：

(1)频率上转换，采用频率较低的泵浦光泵浦稀土离子，利用稀土离子的能级跃迁产生频率较高的绿光激光，但转换效率低，可控性差。

(2)半导体激光器，以直接带隙半导体材料构成的PN结或PIN结为工作物质构成的半导体激光器可直接发射出绿光激光，但该绿光激光的功率较低，且光束质量较差。

上述产生绿光激光的方法各有优劣，综合性能较差，现有技术中缺少一种能产生可见光范围内且波长可调谐激光的激光器。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种结构简单紧凑的光纤激光器，解决现有技术中缺少一种能产生可见光范围内且波长可调谐激光的激光器的技术问题。

本实用新型提供的光纤激光器包括：泵浦光源、波分复用器和激光谐振腔；

所述波分复用器包括光接收端，谐振腔传输端和激光输出端；

所述泵浦光源从所述波分复用器的光接收端接入；

所述激光谐振腔包括钙钛矿晶体填充棒、全反射镜和中心波长可调谐的光纤光栅，所述全反射镜和所述光纤光栅分别设置于所述钙钛矿晶体填充棒的两端，所述光纤光栅设置于所述谐振腔传输端与所述钙钛矿晶体填充棒之间；

所述钙钛矿晶体填充棒中的钙钛矿晶体材料吸收穿过所述光纤光栅的泵浦光后辐射激光，所述激光通过所述全反射镜反射回所述激光谐振腔中进行光放大，产生可见光范围内的激光，所述可见光范围内的激光通过所述光纤光栅进行波长调谐后从所述激光输出端输出。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：利用由钙钛矿晶体填充棒及其两端的光纤光栅和全反射镜构成的光学腔对光的强约束和反射作用，作为光纤激光器的谐振腔，并在该钙钛矿晶体填充棒中填充相应的钙钛矿晶体材料作为增益介质，当泵浦光源发出的泵浦光通过波分复用器的耦合，经由光纤光栅透射进入激光谐振腔中，由于钙钛矿晶体材料具有可见光波段的吸收谱和发射谱，钙钛矿离子吸收了泵浦光后，实现粒子数反转，反转后的粒子自发地从高能级跃迁到基态，并辐射与发生跃迁的电子相同数量的光子，形成可见光波段内的激光。并且，由于全反射镜和光纤光栅对光子的限制，激发光子被全反射镜和光纤光栅反射回谐振腔内继续诱发受激发射，使得激光谐振腔中产生的激光不断增强，随着时间的积累，新形成的可见光波段内的光子越来越多，实现了对激光谐振腔内的激光的光放大，最终达到饱和，从而在激光谐振腔中形成了可见光波段内的功率稳定的激光，因此本实用新型提供的光纤激光器的转换效率高，产生的可见光范围内的激光质量好。由于光纤光栅对可见光波段的激光可部分透射，所以有部分可见激光能够从光纤光栅处输出，通过调谐光纤光栅的中心波长来调谐从该光纤光栅中输出的激光的波长，提高了激光波长的可控性，最终获得在可见光范围内波长可调谐的激光输出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例提供的的技术方案，下面将对本实用新型中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的光纤激光器的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例提供的光纤激光器的结构示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型第一实施例提供了一种光纤激光器，如图1所示，该光纤激光器包括：泵浦光源100、波分复用器200和激光谐振腔300。

其中，波分复用器200包括光接收端，谐振腔传输端和激光输出端。泵浦光源100从波分复用器200的光接收端接入，波分复用器200用于通过其光接收端接收由泵浦光源100发射的泵浦光，通过谐振腔传输端将泵浦光输送到激光谐振腔300中，并将激光谐振腔300中产生的激光从激光输出端输出。

激光谐振腔300包括钙钛矿晶体填充棒301、全反射镜303和中心波长可调谐的光纤光栅302，全反射镜303和光纤光栅302分别设置于钙钛矿晶体填充棒301的两端，光纤光栅302设置于谐振腔传输端与钙钛矿晶体填充棒301之间。实际应用中该光纤光栅302设置于钙钛矿晶体填充棒301的距离泵浦光源100较近的一端，全反射镜303设置于钙钛矿晶体填充棒301的距离泵浦光源100较远的一端。钙钛矿晶体填充棒301中的钙钛矿晶体材料吸收穿过光纤光栅302的泵浦光后辐射激光，全反射镜303用于将激光反射回激光谐振腔300中进行光放大，最终产生可见光范围内的激光，该可见光范围内的激光通过光纤光栅302进行波长调谐后从波分复用器200的激光输出端输出。

较佳地，泵浦光源100采用半导体激光器，半导体激光器的尾纤与波分复用器200连接，使得大部分的泵浦光通过波分复用器200的耦合进入激光谐振腔300中。

其次，通过将钙钛矿晶体填充棒301连接在全反射镜303和光纤光栅302之间，钙钛矿晶体填充棒301的内壁面及全反射镜303和光纤光栅302的反射面共同构成的光学腔作为激光谐振腔300，该激光谐振腔300对光具有强约束和反射作用。激光谐振腔300的两个腔镜，即全反射镜303和光纤光栅302具有不同的反射率，其中，全反射镜303对可见光波段的激光的反射率很高，而光纤光栅302的反射率较低，光纤光栅302对本实施例中的半导体激光器提供的一定波长的泵浦光全透，对可见激光部分透射，并且该光纤光栅302的中心波长可调谐范围是400-800纳米(nm)，即可见光范围内波长可调谐。钙钛矿晶体填充棒301中填充的钙钛矿晶体材料可作为增益介质，与输入的泵浦光在该激光谐振腔300中相互作用产生激光。

本实施例中的泵浦光源100可以为激光二极管，其发射的激光波长为365nm。

本实施例提供的光纤激光器的工作原理是：泵浦光源100发射的泵浦光通过波分复用器200的耦合输入到激光谐振腔300中，并经由光纤光栅302的透射作用进入钙钛矿晶体填充棒301，从而被钙钛矿晶体填充棒301中填充的钙钛矿晶体材料吸收，由于钙钛矿晶体材料具有可见光波段的吸收谱和发射谱，当钙钛矿晶体材料中的钙钛矿离子吸收了泵浦光后，在泵浦光的激励作用下，钙钛矿晶体作为增益介质的粒子从基态能级被抽运到高能级上，使得处于上能级的粒子数超过处于下能级的粒子数，形成粒子数反转状态，反转后的粒子自发地从高能级跃迁到基态，并辐射出与发生跃迁的电子相同数量的光子，由于激光谐振腔300的全反射镜303和光纤光栅302对光子的限制，激发光子被全反射镜303和光纤光栅302反射回谐振腔内继续诱发受激发射，使得激光谐振腔300中产生的激光不断增强，随着时间的积累，新形成的可见光波段内的光子越来越多，实现了对激光谐振腔300内的激光的光放大，最终达到饱和，从而在激光谐振腔300中形成了可见光波段内的功率稳定的激光。由于光纤光栅302对谐振腔内产生的激光可部分透射，透射部分的激光成为可利用的激光，反射回谐振腔内的激光则继续增殖光子，因而本实用新型提供的光纤激光器的转换效率高，产生的可见光范围内的激光质量好。进一步地，通过调谐光纤光栅302的中心波长以调谐从该光纤光栅302中透射出的激光的波长，提高了激光波长的可控性，最终获得在可见光范围内(400-800nm)波长可调谐的激光，该可见光范围内波长可调谐的激光经由波分复用器200直接输出。

进一步地，如图2所示，光纤激光器还包括光纤隔离器400。该光纤隔离器400与波分复用器200的激光输出端连接，以保证从波分复用器200输出的激光单向传输。

波分复用器200连接在泵浦光源100与光纤光栅302之间，其作用是提高信息传输容量，利用一根光纤将不同波长的光信号以不同光信道同时传输，且互不干扰。在本实用新型实施例中，波长为365nm的泵浦激光通过波分复用器200的传输，经由光纤光栅302输入到激光谐振腔中，而通过光纤光栅302调制的特定波长的激光也经由该波分复用器200输出。本实施例中的光纤隔离器400为单模光纤结构，光纤隔离器400连接在波分复用器200的激光输出端，可以使从波分复用器200输出的激光在光纤路径中只能沿激光的输出方向单向传输，有效防止其后向反射和散射作用影响激光器的输出稳定性，或者反馈光经波分复用器200输入激光谐振腔后对激光器造成损坏。

进一步地，全反射镜303安装在适配器304中，该适配器304通过光纤跳线305与钙钛矿晶体填充棒301连接。

在实际应用中，适配器304对全反射镜303起到固定作用，适配器304和光纤跳线305的结合用于将全反射镜303耦合在光纤光路中，使得全反射镜303的反射面在接收到由光纤跳线305传输的可见激光后将该可见激光反射回激光谐振腔中，继续与钙钛矿晶体材料相互作用。本实施例中的光纤跳线305优选光子晶体光纤跳线，用于激光谐振腔中的全反射镜303对可见激光全返，且反射损耗小，表面光学质量高，能避免波前畸变从而使光束质量降低，能够承受高光强，具有高损伤阈值，避免产生激光诱导损伤，通常采用多层电介质反射镜结构(例如四分之一波长反射镜)作为激光器的反射镜。

进一步地，钙钛矿晶体填充棒301为内部通过真空抽运的方式填充钙钛矿晶体材料的毛细玻璃管。该毛细玻璃管的两端分别与光纤跳线305、光纤光栅302熔接。

钙钛矿晶体材料是由CaO、TiO2及其他化学成分结合制作成的晶体，实际应用时通过改变钙钛矿晶体中特定离子的浓度，可以获得对紫外波段吸收率达到80％以上的增益介质。钙钛矿晶体材料中的钙钛矿离子吸收泵浦光后，其电子被激励到较高的激发能级上，实现了粒子数反转，从而在高能级的粒子跃迁返回低能级时辐射产生激光，激发光子被全反射镜303和光纤光栅302不断反射回激光谐振腔内，实现光放大。

在本实用新型实施例中，钙钛矿晶体填充棒301的制备方法是：

首先将毛细玻璃管置于密闭空间内，利用真空泵将该密闭空间抽成真空状态，再将钙钛矿晶体材料抽运到该密闭空间中，并使其均匀导入毛细玻璃管内部，由于毛细玻璃管的内径很小，一般为0.02mm-9mm，钙钛矿晶体材料在毛细玻璃管内成型，从而完成钙钛矿晶体填充棒301的制备。

在本实用新型实施例中，安装在适配器304中的全反射镜303通过光纤跳线305与钙钛矿晶体填充棒301连接在一起，同时在惰性气体(氮气等)的保护下，利用光纤熔接机、光纤切割刀等设备将钙钛矿晶体填充棒301分别与光纤跳线305、光纤光栅302在手套箱中熔接，并且，将波分复用器200与光纤光栅302、光纤隔离器400进行接口熔接，最后将搭建完成的激光器放置于光学平台上，利用光纤熔接机将泵浦光源100，本实施例中为365nm半导体激光器接入波分复用器200的泵浦端，通过搭建全光纤化路径，构成了全光纤化结构的激光器，从而使得本实施例提供的光纤激光器结构简单、紧凑。

在本实用新型实施例中，光纤激光器将泵浦光的波长转换为特定波长的光并以激光的形式输出，通过调谐光纤光栅的中心波长以调谐从该光纤光栅中透射出的激光的波长，可直接输出中心波长处于400-800nm范围内的单模激光，本实施例提供的光纤激光器结构简单、激光质量良好且波长稳定、可调。

以上为对本实用新型实施例提供的一种光纤激光器的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器包括：泵浦光源、波分复用器和激光谐振腔；

所述波分复用器包括光接收端，谐振腔传输端和激光输出端；

所述泵浦光源从所述波分复用器的光接收端接入；

所述激光谐振腔包括钙钛矿晶体填充棒、全反射镜和中心波长可调谐的光纤光栅，所述全反射镜和所述光纤光栅分别设置于所述钙钛矿晶体填充棒的两端，所述光纤光栅设置于所述谐振腔传输端与所述钙钛矿晶体填充棒之间；

所述钙钛矿晶体填充棒中的钙钛矿晶体材料吸收穿过所述光纤光栅的泵浦光后辐射激光，所述激光通过所述全反射镜反射回所述激光谐振腔中进行光放大，产生可见光范围内的激光，所述可见光范围内的激光通过所述光纤光栅进行波长调谐后从所述激光输出端输出。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述泵浦光源为激光二极管。

3.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器还包括光纤隔离器；

所述光纤隔离器与所述波分复用器的激光输出端连接，以保证从所述波分复用器中输出的激光单向传输。

4.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述全反射镜安装在适配器中，且所述适配器通过光纤跳线与所述钙钛矿晶体填充棒连接。

5.根据权利要求4所述的光纤激光器，其特征在于，所述钙钛矿晶体填充棒为内部通过真空抽运的方式填充钙钛矿晶体材料的毛细玻璃管；

所述毛细玻璃管的两端分别与所述光纤跳线、所述光纤光栅熔接。