拉曼光纖激光器的制造方法
【專利摘要】一種拉曼光纖激光器，包括：泵浦源，第一光柵，其構(gòu)成第一斯托克斯分量的光學(xué)諧振腔的無窗式分布式反射器，光纖光波導(dǎo)，第二反射器，其構(gòu)成所述諧振腔的輸出式分布反射器，其特征在于：所述光纖光波導(dǎo)為光子晶體光纖。
【專利說明】拉曼光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及拉曼光纖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來:在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路(構(gòu)成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。
[0003]光纖激光器應(yīng)用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標(biāo)激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)，作為其他激光器的泵浦源等。
[0004]拉曼光纖激光器是常見的光纖激光器之一，現(xiàn)有技術(shù)中專利CN101494353B公開了一種T H z拉曼光纖激光器，它是由泵浦源、耦合系統(tǒng)和金屬鍍層氣芯光纖組成，其金屬鍍層光纖纖芯中充有T H z活性氣體，光纖前后兩端加裝封帽，封帽端頭與金屬鍍層空芯光纖的端頭平行；所述的泵浦源為射頻運(yùn)轉(zhuǎn)的C O丨[2]或N丨[2] O激光器；所述的耦合系統(tǒng)為紅外激光透鏡組耦合系統(tǒng)。本發(fā)明拉曼光纖激光器在低損耗的金屬鍍層光纖纖芯中充入低壓T H z活性氣體，制成T H z活性光纖，代替粗重的石英管或大容器，用紅外激光泵浦光纖產(chǎn)生T H z波，泵浦光在光纖中的有效路徑大大增加了，與石英管或大容器相比，相同長度的光纖效率更高，而且由于光纖質(zhì)量輕、體積小和可彎曲的特性，使整套儀器更緊湊、靈活。
[0005]US2010/0284060A1公開了一種拉曼光纖激光器，包括:泵浦源，在源波長下提供泵浦功率；級聯(lián)拉曼諧振器，所述泵浦功率作為輸入發(fā)送到所述級聯(lián)拉曼諧振器中，其中所述級聯(lián)拉曼諧振器包括用于在所述泵浦功率中產(chǎn)生第一斯托克斯頻移的一個(gè)或多個(gè)的嵌套拉曼腔體，從而提供從所述源波長到輸出波長的逐步轉(zhuǎn)換；以及位于所述級聯(lián)拉曼諧振器之前的依賴于波長的損耗元件，其中所述依賴于波長的損耗元件被配置為以低損耗在所述源波長下傳送光功率，并且在近似等于所述拉曼諧振器中的第一斯托克斯頻移反射器的波長的波長下提供高損耗，從而所述依賴于波長的損耗元件減小反向傳播回所述泵浦源中的光功率。
[0006]長春理工大學(xué)的譚勇等人報(bào)道了一種聲光濾波可調(diào)諧拉曼光纖激光器，其，采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖作為工作物質(zhì)，在光纖的輸入端連接高反的布拉格光纖光柵，同時(shí)為了提高抽運(yùn)光的利用率，在光纖的輸出端連接一個(gè)工作波長為1064 n m的高反射布拉格光纖光柵。當(dāng)達(dá)到閾值時(shí)，輸出激光波長分別為1116 nm、1175 nm、1180 nm、1245 nm。多波長激光進(jìn)入近紅外聲光可調(diào)濾光器(A O T F)，通過對調(diào)諧加載在A O T F上的超聲波頻率，改變其透射光譜范圍，獲得確定波長的激光輸出。此技術(shù)解決了激光波長疊加的問題，該激光具有良好的光束質(zhì)量，單色性、方向性和穩(wěn)定性，可以廣泛應(yīng)用于傳感器、光纖通信、光譜技術(shù)等領(lǐng)域。
[0007]但是在現(xiàn)有的報(bào)道中并沒有關(guān)于將光子晶體光纖應(yīng)用于拉曼光纖激光器的報(bào)道。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種拉曼光纖激光器，該拉曼光纖激光器采用了 一種新型的光子晶體光纖，其與現(xiàn)有的拉曼光纖激光器相比具有光輸出質(zhì)量較高，光纖抗光損傷的閾值較高，因此，其輸出功率能夠明顯高于現(xiàn)有的常規(guī)的光纖激光器。
[0009]具體技術(shù)方案如下:
[0010]一種拉曼光纖激光器，包括:泵浦源，第一光柵，其構(gòu)成第一斯托克斯分量的光學(xué)諧振腔的無窗式分布式反射器，光纖光波導(dǎo)，第二反射器，其構(gòu)成所述諧振腔的輸出式分布反射器，其特征在于:所述光纖光波導(dǎo)為光子晶體光纖。
[0011]所述光子晶體光纖包括:纖芯、形成在上述纖芯周圍的包層，和形成在該包層內(nèi)的多個(gè)通孔，從上述包層的端部入射激勵(lì)光，在所述多個(gè)通孔中填充有介電常數(shù)為1.6-2.8的液體材料。
[0012]所述多個(gè)通孔中至少存在兩種以上直徑大小不同的通孔。
[0013]所述多個(gè)通孔分布在距離所述纖芯遠(yuǎn)近不同的所述光纖的徑向位置處
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1表不福射波長為1.24 μ m的喇曼激光器；
[0015]圖2表不福射波長為1.48 μ m的喇曼激光器；
[0016]圖3是光纖激光器用光纖的截面圖。
[0017]圖4是本發(fā)明另外一個(gè)實(shí)施例中的光子晶體光纖的截面圖。
[0018]符號說明
[0019]I光纖激光器用光纖
[0020]2稀土族添加芯
[0021]3 包層
[0022]4 通孔
[0023]X稀土族添加芯附近的包層【具體實(shí)施方式】
[0024]下面按照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0025]【具體實(shí)施方式】
[0026]輻射波長為1.24 μ m的喇曼激光器(圖1)，包括一個(gè)泵浦源I，光纖光波導(dǎo)2，作為布喇格光纖光柵3和4的光纖光波導(dǎo)部分,光柵3構(gòu)成了第一斯托克斯分量之光學(xué)諧振腔的無窗分布式反射器，而反射器4是該諧振腔的輸出分布式反射器。泵浦源I的類型，及它的調(diào)整(如果有)，它的輻射波長，都可以在喇曼激光器輻射波長可精確調(diào)整的基礎(chǔ)上加以選擇。
[0027]激光器(圖1)按下列方式工作。由于受激復(fù)合散射的原因，來自于泵浦源I的泵浦光轉(zhuǎn)換到光纖光波導(dǎo)2中。在設(shè)計(jì)原型的輸出端處獲得第三斯托克斯分量；在所提出的激光器(圖1)中獲得第一斯托克斯分量。向第一斯托克斯分量轉(zhuǎn)換的效率明顯高于向第三分量轉(zhuǎn)換的效率，而且自身轉(zhuǎn)換較為簡單。為了提高效率，在激光器(I)中，如同在設(shè)計(jì)原型中一樣，其諧振能量轉(zhuǎn)換在第一斯托克斯輻射多次通過反射器(布喇格光柵)3和4構(gòu)成的諧振腔過程中進(jìn)行。但是在設(shè)計(jì)原型中，不僅第一，而且第二和第三斯托克斯分量同樣需要諧振腔。
[0028]與第一方案(圖1)類似的輻射波長為1.48 μ m的喇曼光纖激光器(圖2)，還包含作為布喇格光纖光柵5和6的光纖光波導(dǎo)部分,光柵5構(gòu)成了第二斯托克斯分量的光學(xué)諧振腔的無窗分布式反射器，而反射器6-該諧振腔的輸出反射是分布式反射器。而且，有第二光柵3，而非光柵4。第二斯托克斯分量在此激光器(圖2)中獲得，而緊接著是第六分量。向第二斯托克斯分量轉(zhuǎn)換的效率明顯高于第六分量，而且自身轉(zhuǎn)換比較簡單。第一，第二，第三，第四，第五和第六斯托克斯分量都需要光學(xué)諧振腔，而在所提出的激光器(圖2)中僅第一，第二分量需要。
[0029]圖3是表示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的光纖激光器用光纖橫截面圖。
[0030]如圖3所示，本發(fā)明的光纖激光器用光纖I具有通過進(jìn)行規(guī)定的激勵(lì)而發(fā)光的發(fā)光功能，并通過使該發(fā)出的光進(jìn)行反射激勵(lì)而成為激光振蕩介質(zhì)。
[0031]該光纖激光器用光纖I具備添加了稀土族元素的稀土族添加芯2、形成在該稀土族添加芯2周圍的包層3、和在該包層3內(nèi)以包圍稀土族添加芯2的方式形成的多個(gè)通孔4。
[0032]在所述多個(gè)通孔4中填充有導(dǎo)熱性能良好的、具有特定介電常數(shù)為1.6-2.8的液體材料，優(yōu)選采用水、甘油等常規(guī)的液體材料，由于在通孔中填充了上述導(dǎo)熱性能良好的液體材料，因此，相比于填充材料為空氣的情況，芯部2產(chǎn)生的熱量能夠相對較好的向外擴(kuò)散，提高了光子晶體光纖的散熱性能，從而提高了光子晶體光纖的光損傷閾值。另外通過改變所述填充材料可以改變光子晶體的光學(xué)禁帶寬度，從而實(shí)現(xiàn)對激光器的調(diào)諧。
[0033]在稀土族添加芯2中(在圖3中的掛暗網(wǎng)的部分表示的中心部分)微量地添加(摻雜)了 Yb、Er、Er/Yb、Tm、Nd等稀土族元素。在本實(shí)施方式中，激勵(lì)光Le的波長為Ae(915nm或975-980nm)，為了出射波長λ (1030-1 IOOnm)的激光L，作為稀土族元素使用了 Yb。Yb是適合波長λ e的激勵(lì)光L的吸收和波長λ光的放大(受激發(fā)射)的稀土族元素。
[0034]包層3由純石英構(gòu)成。各通孔4沿光纖的長度方向貫通地形成，在稀土族添加芯2的周圍排列成蜂窩狀，從而在包層3內(nèi)形成光學(xué)晶體結(jié)構(gòu)。
[0035]因此，光纖激光器用光纖I是一種PCF。形成了通孔4的部分的包層3成為激勵(lì)波導(dǎo)。若將各通孔4的外經(jīng)(通孔直徑)設(shè)為d、將通孔間距離設(shè)為Λ則作為PCF的光纖激光器用光纖I的結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性由d/Λ決定。
[0036]進(jìn)而，在光纖激光器用光纖I中，在稀土族添加芯2附近的包層3(在圖3中用掛明網(wǎng)的部分X表示)中添加折射率增加劑，使稀土族添加芯2附近的包層3的折射率接近稀土族添加芯2的折射率。在本實(shí)施方式中，折射率增加劑使用Cl、使稀土族添加芯2和與其相鄰的通孔4(圖3中為6個(gè)通孔4)附近的包層3的折射率之差幾乎等于零(稀土族添加芯2附近的包層3的折射率與稀土族添加芯2的折射率一致)。
[0037]下面詳細(xì)說明光纖激光器用光纖I的一例。[0038]I)寬頻帶單模條件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
[0039]首先，為了使光纖激光器用光纖I在寬頻帶中動作，設(shè)定通孔4的外經(jīng)d與相鄰?fù)?的中心間距離(通孔間距離)Λ之比d/Λ。
[0040]若設(shè)在光纖激光器用光纖I中傳輸?shù)募す庹袷幑釲的波長為λ、設(shè)稀土族添加芯2的折射率為nc、設(shè)成為稀土族添加芯2的附近的Cl添加包層3的折射率為ncl，則標(biāo)準(zhǔn)頻率Veff由式(I)表示。
[0041 ]式 IVeff (λ)=2πΛ/λ V nc2 ( λ ) -ncl2 ( λ ) (I)
[0042]根據(jù)式(I)可知，Veff< π時(shí)，光纖激光器用光纖I在光纖全長上進(jìn)行單模動作。
[0043]附圖4示出了本發(fā)明所使用的光子晶體光纖束，其中可以看出，在該光子晶體光纖束中具有四根光子晶體光纖，它們分別位于左上角，右上角，左下角和右下角。并且在每根光子晶體光纖的二維光子晶體的周期結(jié)構(gòu)中心均存在一個(gè)缺陷位，并且在每根光子晶體光纖中摻雜有與光子晶體光纖所能傳導(dǎo)的光波長相對應(yīng)的增益物質(zhì)。
[0044]使用上述的結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖作為可調(diào)諧光纖激光器的增益光纖之后，就可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)不同波長的可調(diào)諧輸出，其中調(diào)諧的手段可以是利特羅光柵，所采用的調(diào)諧手段均是現(xiàn)有技術(shù)已知的，在此不需要進(jìn)行詳細(xì)描述。上述的四個(gè)波長分別是由四個(gè)角位置上的二維光子晶體結(jié)構(gòu)和其中摻雜的增益物質(zhì)所決定的，由于每個(gè)波長均是由每個(gè)周期結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖所限定的，所以當(dāng)調(diào)諧到該波長輸出的時(shí)候，其會具有對于外界環(huán)境并不敏感的穩(wěn)定的輸出。
[0045]應(yīng)該可以理解，二維光子晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)量并不局限于四種，需要幾種波長輸出就可以設(shè)置幾種結(jié)構(gòu)，例如兩種，三種，五種均是可以的。也即在光纖束中可包括兩根，三根或五根具有不同摻雜和不同周期結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖。并且，幾種二維光子晶體結(jié)構(gòu)的位置分布可隨意設(shè)置，只要能夠保證正常工作即可。
【權(quán)利要求】
1.一種拉曼光纖激光器，包括:泵浦源，第一光柵，其構(gòu)成第一斯托克斯分量的光學(xué)諧振腔的無窗式分布式反射器，光纖光波導(dǎo)，第二反射器，其構(gòu)成所述諧振腔的輸出式分布反射器，其特征在于:所述光纖光波導(dǎo)為光子晶體光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的拉曼光纖激光器，所述光子晶體光纖包括:纖芯、形成在上述纖芯周圍的包層，和形成在該包層內(nèi)的多個(gè)通孔，從上述包層的端部入射激勵(lì)光，在所述多個(gè)通孔中填充有介電常數(shù)為1.6-2.8的液體材料。
3.如權(quán)利要求2所述的拉曼光纖激光器，所述多個(gè)通孔中至少存在兩種以上直徑大小不同的通孔。
4.如權(quán)利要求2所述的拉曼光纖激光器，所述多個(gè)通孔分布在距離所述纖芯遠(yuǎn)近不同的所述光纖的徑向位置處。
【文檔編號】H01S3/30GK103811978SQ201210453691
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】耿振民 申請人:無錫華御信息技術(shù)有限公司