CN212485788U - 中红外光纤气体拉曼激光振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源、输入端光栅、空芯光纤、输出端光栅以及泵浦光滤波装置，泵浦源的输出端连接输入端实芯光纤，输入端实芯光纤上设有输入端光栅，空芯光纤的输入端和输出端分别密封在输入端密封气体腔和输出端密封气体腔中，空芯光纤的纤芯中填充有拉曼增益气体，输入端实芯光纤的输出端伸入输入端密封气体腔内与空芯光纤的输入端耦合连接，输出端实芯光纤的输入端伸入输出端密封气体腔内与空芯光纤的输出端耦合连接；输出端实芯光纤上设有输出端光栅以及泵浦光滤波装置。本实用新型能够获得高光束质量、高功率的拉曼激光输出，在中红外领域将有重要应用。

Description

中红外光纤气体拉曼激光振荡器

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，涉及一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器。

背景技术

3-5μm中红外波段位于大气传输窗口，因此该波段激光在激光雷达、激光测距和大气通信方面会有重要应用。另外，该波段还处于大多数军用探测器的工作波段，因此可应用于激光制导、光电对抗等军事领域。中红外波段还包含了许多气体、固体、液体分子的吸收峰，因此在环境污染检测、光谱学、医学等领域有重要应用。

由于中红外激光的巨大应用价值，到目前为止有很多方式可以产生中红外激光，包括光纤激光器、光参量振荡器、量子级联激光器、气体激光器、化学激光器等。其中光纤激光器具有光束质量好、稳定性高、结构紧凑、便于携带等特性，是中红外波段激光的主要研究方向之一。但是受限于掺杂稀土离子种类与光纤传输性能，目前光纤激光器仍未实现4μm以上单波长激光输出。即便是3μm波段激光，也受限于石英玻璃材料的传输特性，实现3μm波段附近中红外激光输出的光纤激光器一般采用氟化物光纤或者硫化物光纤，但此类光纤具有化学稳定性差的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器。光纤气体拉曼激光器是将拉曼增益气体填充于空芯光纤，利用光泵浦的方式，在空芯光纤内利用气体受激拉曼散射获得激光输出的一种新型激光器。气体受激拉曼散射具有增益系数高、可选择介质种类多、窄线宽的优势，能够在大波段范围内实现目标波长的窄线宽激光输出。空芯光纤作用是充入气体介质并且约束激光传输，因此为气体的受激拉曼散射提供了近乎理想的环境，能够极大增加气体与激光的相互作用距离和相互作用强度，降低受激拉曼散射阈值。并且空芯光纤的传输谱带可以合理设计，可以有效控制各拉曼信号的损耗，抑制不必要拉曼谱线的产生，提高目标波长拉曼激光的转化效率。同时空芯光纤的使用，使得光纤气体拉曼激光器也具备一般光纤激光器高光束质量、结构紧凑的优点。自由空间中气体的受激拉曼散射一般会产生多条拉曼谱线，主要分为振动拉曼谱线和转动拉曼谱线，对应于气体分子振动能级和转动能级的变化，各谱线的数量和强度由分子本身的特性决定。

具体地，本实用新型采用的技术方案为：

一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源、输入端光栅、空芯光纤、输出端光栅以及泵浦光滤波装置，泵浦源用于产生泵浦激光，泵浦源的输出端连接输入端实芯光纤，输入端实芯光纤上设有输入端光栅，空芯光纤的输入端和输出端分别密封在输入端密封气体腔和输出端密封气体腔中，空芯光纤的纤芯中填充有拉曼增益气体，输入端实芯光纤的输出端伸入输入端密封气体腔内与空芯光纤的输入端耦合连接，输出端实芯光纤的输入端伸入输出端密封气体腔内与空芯光纤的输出端耦合连接；输出端实芯光纤上设有输出端光栅以及泵浦光滤波装置。所述空芯光纤对泵浦激光和拉曼激光具有很低的传输损耗，对其他波段的激光具有较高的传输损耗。

作为本实用新型的优选方案，所述泵浦源为1.55μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器，所述拉曼增益气体为甲烷，能够将1.55μm波段的泵浦激光通过受激拉曼散射效应频移到2.8μm波段。CH₄的振动拉曼频移系数分别为2917cm^-1，通过使用1.55μm波段的光纤激光作为泵浦，可以实现2.8μm激光输出。所述空芯光纤可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。所述空芯光纤对1.55μm波段的泵浦激光和2.8μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。

作为本实用新型的优选方案，所述泵浦源为1.5μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器，所述拉曼增益气体为H₂，能够将1.5μm波段泵浦激光通过受激拉曼散射效应频移到4μm波段。H₂的振动拉曼频移系数为4155cm^-1，通过使用1.5μm波段的光纤激光作为泵浦，可以实现4μm以上激光输出。所述空芯光纤可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。所述空芯光纤对1.5μm波段的泵浦激光和4μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。

作为本实用新型的优选方案，所述泵浦源为2μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器，所述拉曼增益气体为甲烷，能够将2μm波段的泵浦激光通过受激拉曼散射效应频移到4μm波段。甲烷(CH₄)的振动拉曼频移系数为2917cm^-1，通过使用2μm波段的光纤激光作为泵浦，可以实现4μm以上激光输出。所述空芯光纤可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。所述空芯光纤对2μm波段的泵浦激光和4μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。

作为本实用新型的优选方案，所述泵浦光滤波装置由中心波长为泵浦波长的啁啾倾斜光纤光栅和包层光滤除器组成，中心波长为泵浦波长的啁啾倾斜光纤光栅将前向传输的残余泵浦激光耦合至包层后向传输，包层光滤除器用于滤除耦合至包层的残余泵浦激光。

作为本实用新型的优选方案，所述输入端光栅和输出端光栅均为光纤布拉格光栅，其中输入端光纤布拉格光栅为中心波长为拉曼激光波长的高反射率宽谱光栅，输出端光纤布拉格光栅为中心波长为拉曼激光波长的低反射率宽谱光栅。输入端光纤布拉格光栅、输出端光纤布拉格光栅均刻在实芯单模光纤上。

作为本实用新型的优选方案，在输入端密封气体腔内，输入端实芯光纤与空芯光纤通过拉锥耦合的方式耦合连接；在输出端密封气体腔内，输出端实芯光纤与空芯光纤通过拉锥耦合的方式耦合连接。即耦合连接处的实芯光纤的端头拉锥到尺寸小于空芯光纤的纤芯，而后插入到空芯光纤内部。进一步地，所述输入端密封气体腔或/和输出端密封气体腔设有进气接口，通过进气接口连接有抽真空以及充气系统。抽真空以及充气系统用于向对应的气体腔进行抽真空以及向对应的气体腔充入拉曼增益气体。抽真空以及充气系统包括真空泵、拉曼增益气体气瓶、气压调节阀以及气压计等，通过真空泵对对应气体腔抽真空。通过拉曼增益气体气路上的气压调节阀以及气压计可以实现对空芯光纤中拉曼增益气体的气压调节以及监测。

作为本实用新型的优选方案，为了要实现窄线宽输出，本实用新型还包括窄线宽控制器件，窄线宽控制器件置于谐振腔内部；所述窄线宽控制装置为刻写在输入端光栅之后的中心波长为拉曼波长的π相移光纤光栅，在拉曼激光起振的过程中对拉曼激光进行窄线宽滤波进而起到控制线宽的作用。

本实用新型所述泵浦源用于产生泵浦激光；所述空芯光纤用于约束泵浦激光与填充气体，提供泵浦激光与拉曼增益气体的长程相互作用的环境；所述工作气体填充于空芯光纤中，用于产生拉曼激光；所述谐振腔用于提供信号反馈，降低激光器出光阈值，同时抑制其他波长拉曼激光产生；所述密封气体腔位于空芯光纤的两端，用于连接实芯光纤和空芯光纤，控制空芯光纤内气压；所述泵浦光滤波装置用于滤除残余泵浦光，使整个激光器装置仅输出对应波段的拉曼激光。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型提供的一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器，能够获得高光束质量、高功率的拉曼激光输出，在中红外领域将有重要应用。

(2)本实用新型的基本原理是空芯光纤内气体受激拉曼散射，通过设计泵浦激光以及拉曼增益气体，相比稀土离子掺杂光纤激光器，能够轻易实现4μm以上激光输出。

(3)本实用新型通过使用密封气体腔装置实现全光纤结构，密封气体腔内部通过拉锥耦合的方式实现实芯光纤和空芯光纤之间光的耦合传输，具有结构紧凑、操作方便的优势。

(4)本实用新型采用谐振腔结构，起到降低受激拉曼散射阈值的作用，实现低泵浦功率下的4μm波段激光输出以及低泵浦功率下的2.8μm波段激光输出。

(5)利用啁啾倾斜光纤光栅结合包层光滤除器的方法实现对残余泵浦激光和后向传输拉曼激光的滤除，具有结构简单、操作方便的优势。

(6)利用π相移光纤光栅实现激光的窄线宽输出。

(7)本实用新型结合气体激光器输出功率高，损伤阈值高和光纤激光器光束质量好的优点，在实际应用中具有极大的潜在优势。

附图说明

图1为无节点型反共振空芯光纤横截面电镜图。

图2为连体型反共振空芯光纤横截面电镜图。

图3为啁啾倾斜光纤光栅的透射谱示意图。

图4为密封气体腔内部结构示意图。

图5为第一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图。

图6为第二种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图。

图例说明：

1、泵浦源；2、输入端光纤布拉格光栅；3、输入端密封气体腔；4、空芯光纤；5、输出端密封气体腔；6、输出端光纤布拉格光栅；7、包层光滤除器；8、啁啾倾斜光纤光栅；9、π相移光纤光栅。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例1：

图5为第一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图，本实施例采用该结构，提供一种2.8μm波段光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源1、输入端光纤布拉格光栅2、输入端密封气体腔3、空芯光纤4、输出端密封气体腔5、输出端光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8。

所述泵浦源1为1.55μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器。啁啾倾斜光纤光栅8的中心波长为泵浦波长(1.55μm波段)。

泵浦源1输出1.55μm波段的泵浦激光经输入端光纤布拉格光栅2以及输入端密封气体腔3后耦合至空芯光纤4的纤芯中。所述空芯光纤4可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。图1为无节点型反共振空芯光纤横截面电镜图。图2为连体型反共振空芯光纤横截面电镜图。所述空芯光纤4对1.55μm波段的泵浦激光和2.8μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。空芯光纤的作用是约束泵浦激光传输与气体填充，为工作气体与泵浦激光的相互作用提供了理想的长程环境。充入空芯光纤内部的工作气体为甲烷(CH₄)，利用甲烷气体的受激拉曼散射，可以将泵浦激光频移至2.8μm波段。

泵浦激光在空芯光纤4的纤芯中与其中填充的CH₄气体发生受激拉曼散射作用，产生2.8μm波段信号光。残余泵浦激光经过输出端密封气体腔5、输出光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7，由啁啾倾斜光纤光栅8耦合至包层后向传输，包层中后向传输的残余泵浦激光经由包层光滤除器7被滤除。空芯光纤4的纤芯内产生的2.8μm波段信号光在由输入光纤布拉格光栅2和输出光纤布拉格光栅6形成的谐振腔中多次反射形成谐振，以降低产生拉曼激光的阈值，同时起到波长选择的作用，抑制其他波长拉曼激光的产生。谐振过程中一部分2.8μm波段信号光作为输出激光经由输出布拉格光栅6透射，而后经过包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8输出。

图3为啁啾倾斜光纤光栅的透射谱示意图。中心波长为泵浦波长(1.55μm波段)的啁啾倾斜光纤光栅的透射谱表明，1.55μm波段的拉曼激光透过率极低，因而无法通过啁啾倾斜光纤光栅；其他波段的泵浦激光透过率近乎100％，因而啁啾倾斜光纤光栅对拉曼激光传输无影响。并且根据啁啾倾斜光纤光栅的原理，无法透过的1.55μm波段激光将耦合到包层中反向传输，此时使用包层光滤除器可以将1.55μm波段激光滤除。因此啁啾倾斜光纤光栅结合包层光滤除器将起到滤除残余泵浦激光的效果。

图4是密封气体腔内部结构示意图。密封气体腔的前后两面分别可插入实芯光纤和空芯光纤并确保密封，插入的实芯光纤通过拉锥的方式将其端头的尺寸拉锥到小于空芯光纤的纤芯尺寸，而后插入到空芯光纤内部，以实现实芯光纤和空芯光纤之间光的耦合传输。密封气体腔设有进气接口，通过进气接口连接有抽真空以及充气系统。抽真空以及充气系统可以实现对密封于气体腔内空芯光纤内部抽真空操作、充气以及气压调节。

实施例2：

图6为第二种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图，本实施例采用该结构，提供一种2.8μm波段光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源1、输入端光纤布拉格光栅2、输入端密封气体腔3、空芯光纤4、输出端密封气体腔5、输出端光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7、啁啾倾斜光纤光栅8和π相移光纤光栅9。

本实施例所述泵浦源1为1.55μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器。啁啾倾斜光纤光栅8的中心波长为泵浦波长(1.55μm波段)。输入端密封气体腔3和输出端密封气体腔5采用图4所示结构，图4是密封气体腔内部结构示意图。

泵浦源1输出1.55μm波段的泵浦激光经输入光纤布拉格光栅2、π相移光纤光栅9以及输入端密封气体腔3后耦合至空芯光纤4的纤芯中。所述空芯光纤4可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。图1为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。图2为连体型反共振空芯光纤横截面示意图。所述空芯光纤4对1.55μm波段的泵浦激光和2.8μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。充入空芯光纤内部的工作气体为甲烷(CH₄)，利用甲烷气体的受激拉曼散射，可以将泵浦激光频移至2.8μm波段。

泵浦激光在空芯光纤4的纤芯中与其中填充的CH₄气体发生受激拉曼散射作用，产生2.8μm波段信号光。残余泵浦激光经过输出端密封气体腔5、输出光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7，由啁啾倾斜光纤光栅8耦合至包层后向传输，包层内后向传输的残余泵浦激光经由包层光滤除器7被滤除。空芯光纤4的纤芯内产生的2.8μm波段信号光在由输入光纤布拉格光栅2和输出光纤布拉格光栅6形成的谐振腔中多次反射形成谐振，谐振过程中2.8μm波段信号光不断经由π相移光纤光栅9滤波，因而始终保持窄线宽的特性。谐振腔内谐振的一部分2.8μm波段信号光作为输出激光经由输出光纤布拉格光栅6透射，而后经过包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8输出。

实施例3

图5为第一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图，本实施例采用该结构，提供一种4μm波段光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源1、输入端光纤布拉格光栅2、输入端密封气体腔3、空芯光纤4、输出端密封气体腔5、输出端光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8。输入端密封气体腔3和输出端密封气体腔5采用图4所示结构，图4是密封气体腔内部结构示意图。

泵浦激光波长的选择应当与空芯光纤内部填充的气体种类有关，以获得4μm波段波长的拉曼激光输出。泵浦波长、拉曼波长以及气体分子的频移系数由下式决定：

式中λ_P为泵浦波长，λ_s为拉曼波长，Ω_R为拉曼频移系数。对于氢气(H₂)气体，Ω_R约为4155cm^-1，因此为产生4μm波段波长的拉曼激光，泵浦源的激光波长应在1.5μm波段。因此对于甲烷(CH₄)气体，Ω_R约为2917cm^-1，因此为产生4μm波段波长的拉曼激光，泵浦源的激光波长应在2μm波段。

本实施例中所述泵浦源1为1.5μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器。啁啾倾斜光纤光栅8的中心波长为泵浦波长(1.5μm波段)。

泵浦源1输出1.5μm波段的泵浦激光经输入端光纤布拉格光栅2以及输入端密封气体腔3后耦合至空芯光纤4的纤芯中。所述空芯光纤4可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。图1为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。图2为连体型反共振空芯光纤横截面示意图。本实施例所述空芯光纤4对1.5μm波段的泵浦激光和4μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。充入空芯光纤内部的工作气体为氢气(H₂)，利用氢气(H₂)的受激拉曼散射，可以将泵浦激光频移至4μm波段。

泵浦激光在空芯光纤4的纤芯中与其中填充的氢气发生受激拉曼散射作用，产生4μm波段信号光。残余泵浦激光经过输出端密封气体腔5、输出光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7，由啁啾倾斜光纤光栅8耦合至包层后向传输，包层中后向传输的残余泵浦激光经由包层光滤除器7被滤除。空芯光纤4的纤芯内产生的4μm波段信号光在由输入光纤布拉格光栅2和输出光纤布拉格光栅6形成的谐振腔中多次反射形成谐振，以降低产生拉曼激光的阈值，同时起到波长选择的作用，抑制其他波长拉曼激光的产生。谐振过程中一部分4μm波段信号光作为输出激光经由输出布拉格光栅6透射，而后经过包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8输出。

实施例4

图5为第一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图，本实施例采用该结构，提供一种4μm波段光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源1、输入端光纤布拉格光栅2、输入端密封气体腔3、空芯光纤4、输出端密封气体腔5、输出端光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8。输入端密封气体腔3和输出端密封气体腔5采用图4所示结构，图4是密封气体腔内部结构示意图。

本实施例中所述泵浦源1为2μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器。啁啾倾斜光纤光栅8的中心波长为泵浦波长(2μm波段)。泵浦源1输出2μm波段的泵浦激光经输入端光纤布拉格光栅2以及输入端密封气体腔3后耦合至空芯光纤4的纤芯中。所述空芯光纤4可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。图1为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。图2为连体型反共振空芯光纤横截面示意图。本实施例所述空芯光纤4对2μm波段的泵浦激光和4μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。充入空芯光纤内部的工作气体为CH₄，利用CH₄的受激拉曼散射，可以将泵浦激光频移至4μm波段。

泵浦激光在空芯光纤4的纤芯中与其中填充的CH₄发生受激拉曼散射作用，产生4μm波段信号光。残余泵浦激光经过输出端密封气体腔5、输出光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7，由啁啾倾斜光纤光栅8耦合至包层后向传输，包层中后向传输的残余泵浦激光经由包层光滤除器7被滤除。空芯光纤4的纤芯内产生的4μm波段信号光在由输入光纤布拉格光栅2和输出光纤布拉格光栅6形成的谐振腔中多次反射形成谐振，以降低产生拉曼激光的阈值，同时起到波长选择的作用，抑制其他波长拉曼激光的产生。谐振过程中一部分4μm波段信号光作为输出激光经由输出布拉格光栅6透射，而后经过包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8输出。

实施例5：

图6为第二种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图，本实施例采用该结构，提供一种4μm波段光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源1、输入端光纤布拉格光栅2、输入端密封气体腔3、空芯光纤4、输出端密封气体腔5、输出端光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7、啁啾倾斜光纤光栅8和π相移光纤光栅9。输入端密封气体腔3和输出端密封气体腔5采用图4所示结构，图4是密封气体腔内部结构示意图。

本实施例中所述泵浦源1为1.5μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器。啁啾倾斜光纤光栅8的中心波长为泵浦波长(1.5μm波段)。

泵浦源1输出1.5μm波段的泵浦激光经输入光纤布拉格光栅2、π相移光纤光栅9以及输入端密封气体腔3后耦合至空芯光纤4的纤芯中。所述空芯光纤4可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。图1为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。图2为连体型反共振空芯光纤横截面示意图。所述空芯光纤4对1.5μm波段的泵浦激光和4μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。充入空芯光纤内部的工作气体为氢气(H₂)，利用氢气(H₂)的受激拉曼散射，可以将泵浦激光频移至4μm波段。

泵浦激光在空芯光纤4的纤芯中与其中填充的氢气(H₂)发生受激拉曼散射作用，产生4μm波段信号光。残余泵浦激光经过输出端密封气体腔5、输出光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7，由啁啾倾斜光纤光栅8耦合至包层后向传输，包层内后向传输的残余泵浦激光经由包层光滤除器7被滤除。空芯光纤4的纤芯内产生的4μm波段信号光在由输入光纤布拉格光栅2和输出光纤布拉格光栅7形成的谐振腔中多次反射形成谐振，谐振过程中4μm波段信号光不断经由π相移光纤光栅9滤波，因而始终保持窄线宽的特性。谐振腔内谐振的一部分4μm波段信号光作为输出激光经由输出光纤布拉格光栅6透射，而后经过包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8输出。

实施例6：

图6为第二种中红外光纤气体拉曼激光振荡器的结构示意图，本实施例采用该结构，提供一种4μm波段光纤气体拉曼激光振荡器，包括泵浦源1、输入端光纤布拉格光栅2、输入端密封气体腔3、空芯光纤4、输出端密封气体腔5、输出端光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7、啁啾倾斜光纤光栅8和π相移光纤光栅9。输入端密封气体腔3和输出端密封气体腔5采用图4所示结构，图4是密封气体腔内部结构示意图。

本实施例中所述泵浦源1为2μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器。啁啾倾斜光纤光栅8的中心波长为泵浦波长(2μm波段)。

泵浦源1输出2μm波段的泵浦激光经输入光纤布拉格光栅2、π相移光纤光栅9以及输入端密封气体腔3后耦合至空芯光纤4的纤芯中。所述空芯光纤4可采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。图1为无节点型反共振空芯光纤横截面示意图。图2为连体型反共振空芯光纤横截面示意图。所述空芯光纤4对2μm波段的泵浦激光和4μm波段的拉曼激光具有很低的传输损耗，同时对其他波段的激光具有较高的传输损耗。充入空芯光纤内部的工作气体为CH₄气体，利用CH₄气体的受激拉曼散射，可以将泵浦激光频移至4μm波段。

泵浦激光在空芯光纤4的纤芯中与其中填充的CH₄气体发生受激拉曼散射作用，产生4μm波段信号光。残余泵浦激光经过输出端密封气体腔5、输出光纤布拉格光栅6、包层光滤除器7，由啁啾倾斜光纤光栅8耦合至包层后向传输，包层内后向传输的残余泵浦激光经由包层光滤除器7被滤除。空芯光纤4的纤芯内产生的4μm波段信号光在由输入光纤布拉格光栅2和输出光纤布拉格光栅6形成的谐振腔中多次反射形成谐振，谐振过程中4μm波段信号光不断经由π相移光纤光栅9滤波，因而始终保持窄线宽的特性。谐振腔内谐振的一部分4μm波段信号光作为输出激光经由输出光纤布拉格光栅6透射，而后经过包层光滤除器7和啁啾倾斜光纤光栅8输出。

另外需要说明，本实用新型中2.8μm和2.8μm波段是指该波长点附近的激光均可输出。通过设置1.55μm波段连续光纤激光泵浦源的工作波长以及输入光纤布拉格光栅和输出光纤布拉格光栅的中心波长，可以实现2.8μm波段范围内特定波长激光输出。

本实用新型中的4μm和4μm波段是指该波长点附近激光均可输出。通过设置1.5μm波段或者2μm波段连续光纤激光泵浦源的工作波长、设置相应的拉曼增益气体以及输入光纤布拉格光栅和输出光纤布拉格光栅的中心波长，可以实现4μm波段范围内特定波长激光输出。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：包括泵浦源、输入端光栅、空芯光纤、输出端光栅以及泵浦光滤波装置，泵浦源用于产生泵浦激光，泵浦源的输出端连接输入端实芯光纤，输入端实芯光纤上设有输入端光栅，空芯光纤的输入端和输出端分别密封在输入端密封气体腔和输出端密封气体腔中，空芯光纤的纤芯中填充有拉曼增益气体，输入端实芯光纤的输出端伸入输入端密封气体腔内与空芯光纤的输入端耦合连接，输出端实芯光纤的输入端伸入输出端密封气体腔内与空芯光纤的输出端耦合连接；输出端实芯光纤上设有输出端光栅以及泵浦光滤波装置。

2.根据权利要求1所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述泵浦源为1.55μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器，所述拉曼增益气体为甲烷，能够将1.55μm波段的泵浦激光通过受激拉曼散射效应频移到2.8μm波段。

3.根据权利要求1所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述泵浦源为1.5μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器，所述拉曼增益气体为H₂，能够将1.5μm波段泵浦激光通过受激拉曼散射效应频移到4μm波段。

4.根据权利要求1所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述泵浦源为2μm波段的连续光纤激光器或光纤放大器，所述拉曼增益气体为甲烷，能够将2μm波段的泵浦激光通过受激拉曼散射效应频移到4μm波段。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述泵浦光滤波装置由中心波长为泵浦波长的啁啾倾斜光纤光栅和包层光滤除器组成。

6.根据权利要求5所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述输入端光栅和输出端光栅均为光纤布拉格光栅，其中输入端光纤布拉格光栅为中心波长为拉曼激光波长的高反射率宽谱光栅，输出端光纤布拉格光栅为中心波长为拉曼激光波长的低反射率宽谱光栅。

7.根据权利要求6所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：在输入端密封气体腔内，输入端实芯光纤与空芯光纤通过拉锥耦合的方式耦合连接；在输出端密封气体腔内，输出端实芯光纤与空芯光纤通过拉锥耦合的方式耦合连接。

8.根据权利要求7所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述输入端密封气体腔或/和输出端密封气体腔设有进气接口，通过进气接口连接有抽真空以及充气系统。

9.根据权利要求5所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：所述空芯光纤采用无节点型或连体型反共振空芯光纤。

10.根据权利要求5所述的中红外光纤气体拉曼激光振荡器，其特征在于：还包括窄线宽控制器件，窄线宽控制器件置于谐振腔内部；所述窄线宽控制装置为刻写在输入端光栅之后的中心波长为拉曼波长的π相移光纤光栅。

Images