專利名稱：中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖激光器領(lǐng)域，特別涉及一種中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器。
背景技術(shù)：
波長(zhǎng)為3~5,的中紅外激光光源在軍事和民用兩方面都有著重要的應(yīng)用， 已成為各國(guó)激光工作者研究的熱點(diǎn)。光纖激光器在光束質(zhì)量、轉(zhuǎn)換效率、冷卻 方式、體積重量等方面，均比傳統(tǒng)的氣體激光器和固體激光器更先進(jìn)，它非常 適合于車載、空機(jī)激光或光電對(duì)抗裝備、激光大氣通信設(shè)備、激光醫(yī)療設(shè)備等 方面的應(yīng)用需求，因此發(fā)展3 5Mm髙功率中紅外光纖激光技術(shù)有著重要的科學(xué) 意義和社會(huì)價(jià)值。
光纖激光一般可以由摻雜光纖作為增益介質(zhì)或者是利用光纖中的非線性效 應(yīng)受激拉曼散射來(lái)實(shí)現(xiàn)。在中紅外波段使用的摻雜離子一般為Pr、 Nd、 Tb和Dy, 但是由于產(chǎn)生該波段激光摻雜離子激光能級(jí)很低，并占據(jù)較長(zhǎng)的弛豫時(shí)間，所 以其輸出激光功率很快飽和，再加上摻雜的濃度和均勻性控制以及低損摻雜光 纖的拉制都很困難。因此，波長(zhǎng)大于3^im的光纖激光器發(fā)展非常緩慢，目前實(shí)現(xiàn) 的最大波長(zhǎng)僅為3.95pm，輸出功率停留在毫瓦量級(jí)，且斜率效率也低于10%。
另一方面，級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器是基于光纖中的受激拉曼散射(SRS)效應(yīng) 的激光器，它可以利用已有的波長(zhǎng)較短的泵浦光源泵浦高拉曼增益光纖，從而 產(chǎn)生具有長(zhǎng)波長(zhǎng)的高階斯托克斯光波輸山。傳統(tǒng)的光纖型拉曼激光器主要的增 益介質(zhì)為摻鍺石英光纖和摻磷石英光纖，它們的拉曼頻移分別為440cm—^B1330 cm人但是對(duì)于這兩種光纖，在大于2pm的波長(zhǎng)段光傳輸損耗都很高，因此基于 這兩種光纖的拉曼激光器的輸出激光主要集中在1400 1600nm波段，也無(wú)法實(shí)現(xiàn) 3 5拜中紅外激光輸出
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，而提供一種利用ZBLAN (氟化物)光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)高功率中紅外激光輸出的級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
本發(fā)明為一種中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于包括一根雙包層 ZBLAN光纖(其典型組分為53mol.% ZrF4， 20mol.°/。 BaF2， 4mol.% LaF3， 4mol.% A1F3和20mol.% NaF);光纖的一端連接一個(gè)高功率摻Tm"光纖泵浦激 光器；ZBLAN光纖兩端刻寫(xiě)的多個(gè)光纖布拉格光柵對(duì)構(gòu)成拉曼激光器的諧振 腔。
所述的摻丁1113+光纖激光泵浦源輸出波長(zhǎng)為2pm左右。
所述的雙包層ZBLAN光纖的纖芯和摻Tm"光纖激光泵浦源的纖芯如果相 同，就直接熔接在一起，如果不同，就加模場(chǎng)適配器再熔接。
所述的光纖布拉格光柵對(duì)的反射中心波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)于各階拉曼激光的中心 波長(zhǎng)。
所述的光纖布拉格光柵對(duì)的數(shù)量根據(jù)需要獲得激光的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整。 本發(fā)明用2pm的高功率摻Tr^+光纖激光泵浦雙包層ZBLAN光纖，并利用 ZBLAN光纖中的級(jí)聯(lián)拉曼效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)2pm光纖激光的斯托克斯頻移，各階斯托 克斯光由于光纖布拉格光柵的反射作用在腔內(nèi)來(lái)回反射，且在光纖中前后向同 時(shí)傳播，最后形成穩(wěn)定的諧振，從而實(shí)現(xiàn)高功率3 5iam光纖激光的穩(wěn)定輸出。 本發(fā)明與在先技術(shù)相比有很多明顯優(yōu)點(diǎn)
1. 避開(kāi)了中紅外低損摻雜光纖拉制的工藝?yán)щy以及傳統(tǒng)光纖激光器在中紅外 波段產(chǎn)生高效率激光的困難，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
2. 能實(shí)現(xiàn)高功率中紅外激光輸出，光束質(zhì)量好，轉(zhuǎn)換效率高。
3. 激光輸出波ll可以根據(jù)調(diào)整光纖布拉格光柵對(duì)的數(shù)量進(jìn)行選擇。
圖1是本發(fā)明中紅外級(jí)聯(lián)拉曼激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明ZBLAN光纖的拉曼頻移示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下以附圖為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖l是中紅外級(jí)聯(lián)拉曼激光器的結(jié)
構(gòu)示意圖。其中泵浦源l為2nm的高功率摻Ti^+光纖激光器，它和雙包層ZBLAN 光纖2熔接在一起，因此泵浦光可以直接耦合進(jìn)ZBLAN光纖。多對(duì)光纖布拉格光 柵3分別刻寫(xiě)在ZBLAN光纖的兩端，其中心波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)于各階拉曼激光的中心 波長(zhǎng)。
研究表明ZBLAN光纖的拉曼頻移為580cm"。那么如果采用2pm的泵浦光， 則可以計(jì)算得到高階拉曼效應(yīng)產(chǎn)生的斯托克斯光波長(zhǎng)，如圖2所示?？梢钥闯?， 2pm的泵浦光僅需三次拉曼頻移就可以達(dá)到3,，四次拉曼頻移就達(dá)到了 3.73nm，五次拉曼頻移就達(dá)到了 4.76pm，因此這種ZBLAN光纖完全滿足了 3 5pm激光輸出的拉曼頻移要求。
當(dāng)2pm的泵浦光1耦合進(jìn)ZBLAN光纖2后，如果功率達(dá)到一階拉曼閾值 功率，就產(chǎn)生波長(zhǎng)為2.26pm的一階拉曼激光，當(dāng)一階拉曼激光功率足夠大達(dá)到 二階拉曼閾值功率時(shí)，就產(chǎn)生波長(zhǎng)為3.07pm的二階拉曼激光。同樣道理，當(dāng)n-l 階拉曼激光達(dá)到n階拉曼閾值功率時(shí)就產(chǎn)生n階拉曼激光，各階拉曼激光由于 光纖光柵3的反射作用在腔內(nèi)來(lái)回反射，而且各階拉曼激光在光纖中前后向同 時(shí)傳播，最后形成穩(wěn)定的諧振，從而實(shí)現(xiàn)激光的穩(wěn)定輸出。
權(quán)利要求
1.一種中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于包括一根雙包層ZBLAN光纖(1)(其典型組分為53mol.％ZrF4，20mol.％20BaF2，4mol.％LaF3，4mol.％AlF3和20mol.％NaF)；ZBLAN光纖的一端連接一個(gè)高功率摻Tm3+光纖泵浦激光器(2)；ZBLAN光纖兩端刻寫(xiě)的多個(gè)光纖布拉格光柵對(duì)(3)構(gòu)成拉曼激光器的諧振腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于所述的 摻Tn^+光纖激光泵浦源輸出波長(zhǎng)為2pm左右。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于所述的 雙包層ZBLAN光纖的纖芯和摻TmS+光纖激光泵浦源的纖芯如果相同，就直接 熔接在一起，如果不同，就加模場(chǎng)適配器再熔接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于所述的 光纖布拉格光柵對(duì)的反射中心波長(zhǎng)分別對(duì)應(yīng)于各階拉曼激光的中心波長(zhǎng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于所述的 光纖布拉格光柵對(duì)的數(shù)量根據(jù)需要獲得激光的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
一種中紅外級(jí)聯(lián)拉曼光纖激光器，其特征在于包括一根雙包層ZBLAN氟化物光纖(其典型組分為53mol.％ZrF<sub>4</sub>，20mol.％BaF<sub>2</sub>，4mol.％LaF<sub>3</sub>，4mol.％AlF<sub>3</sub>和20mol.％NaF)，光纖的一端連接一個(gè)高功率摻Tm<sup>3+</sup>光纖泵浦激光器，ZBLAN光纖兩端刻寫(xiě)的多個(gè)光纖布拉格光柵對(duì)構(gòu)成拉曼激光器的諧振腔。利用ZBLAN光纖的級(jí)聯(lián)受激拉曼效應(yīng)，泵浦光拉曼頻移產(chǎn)生的各階斯托克斯光在光纖布拉格光柵對(duì)中形成諧振，最終實(shí)現(xiàn)中紅外激光輸出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，避開(kāi)了傳統(tǒng)光纖激光器在中紅外波段產(chǎn)生激光的困難，光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高，可以廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/094GK101582559SQ20091005973
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者代志勇, 永 劉, 劉永智, 張利勛, 彭增壽, 李劍峰, 歐中華 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)