專利名稱：一種被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器。
背景技術(shù)：
波長為2 5 μ m的中紅外脈沖激光光源在醫(yī)療(激光微創(chuàng)手術(shù))、國防(激光對抗制導(dǎo))以及大氣通信等方面有著重要的應(yīng)用。光纖激光器具有激光閾值低、輸出光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、柔韌性與靈活性好、易于集成等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展中紅外脈沖光纖激光器有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。目前實(shí)現(xiàn)光纖脈沖激光的方式主要有三種1.增益調(diào)制，2.調(diào)Q (包括主動調(diào)Q和被動調(diào)Q)，3.鎖模(包括主動鎖模和被動鎖模)。增益調(diào)制方式是通過脈沖泵浦的方式對激光躍遷上能級的粒子數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)制，實(shí)現(xiàn)激光的脈沖輸出，但是該方式需要對泵浦激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制，容易損壞泵浦激光器和光纖端面。調(diào)Q方式主 要用于實(shí)現(xiàn)ns量級的脈沖激光，而鎖模方式則一般用于實(shí)現(xiàn)ps乃至fs量級的超短脈沖激光。目前中紅外脈沖光纖激光的研究大都集中于實(shí)現(xiàn)單波長的脈沖，為了滿足實(shí)際需求，雙波長乃至多波長脈沖光纖激光的研究得到了人們的重視。最近，已報道通過主動調(diào)Q和主動調(diào)Q導(dǎo)引增益調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)雙波長中紅外脈沖激光，然而主動調(diào)Q所引入的調(diào)制晶體使得該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且使光纖激光器失去了固有的靈活、緊湊、體積小等優(yōu)點(diǎn)，成本也非
母曰蟲吊印貝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案
一種被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，其特征在于包括用來產(chǎn)生連續(xù)泵浦光的泵浦源(I)、用于對泵浦光合束的偏振合束器(2)、對泵浦光高透，對激光高反，用于導(dǎo)引諧振激光的二色鏡(3)、耦合透鏡(4)、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)、摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)、以及三個光柵，光纖布拉格光柵(6)、第一啁啾光纖光柵(8)、第二啁啾光纖光柵(9)和輸出端(10)，所述泵浦源(I)采用LD泵浦源或半導(dǎo)體激光器泵浦源；所述耦合透鏡(4)用于將產(chǎn)生的泵浦光耦合進(jìn)所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)中；所述二色鏡(3)與光纖呈45度夾角；所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)與所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖
(7)水平放置，同時與二色鏡(3)呈45度夾角；所述光纖布拉格光柵(6)和第一啁啾光纖光柵(8)刻寫在所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)上,構(gòu)成一個激光諧振腔；所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7 )上的第二啁啾光纖光柵(9 )和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5 )構(gòu)成另一激光諧振腔。上述方案中，所述半導(dǎo)體激光器波長為975 nm時采用摻Er3+ZBLAN光纖；LD泵浦源所述波長為1150 nm時所采用的是摻Ho3+ZBLAN光纖。上述方案中，當(dāng)采用摻Ho3+或摻Er3+ZBLAN光纖時，若對3. O μ m或2. 7 μ m波長激光進(jìn)行鎖模，則第二啁啾光纖光柵(9)和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)是3. O ym或2. 7 μπι波長的激光諧振腔，光纖布拉格光柵(6)和第一啁啾光纖光柵(8)是2.1 μπι或1.6 μπι波長的激光諧振腔；若對2.1 μπι或1.6 μ m波長激光進(jìn)行鎖模，則第二啁啾光纖光柵(9)和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)是2.1 μπι或1.6 μ m波長的激光諧振腔,光纖布拉格光柵(6)和第一啁啾光纖光柵(8)是3. O μ m或2. 7 μπι波長的激光諧振腔。上述方案中，所述的摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖中(7)，Ho3+或Er3+離子的能級躍遷分別對應(yīng)2.1 μπι或1.6 μπι和3.0 μπι或2. 7 μ m波長的躍遷輻射，同時產(chǎn)生兩個波長的脈沖激光福射。上述方案中，所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為可飽和吸收體分別對摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖作為增益光纖構(gòu)成的激光器中波長為2.1ym或1.6 μπι*3.0 ym或2. 7 μ m的激光進(jìn)行鎖模，對其級聯(lián)激光進(jìn)行增益調(diào)制，產(chǎn)生3. O μπι或2. 7 μπι或2.1 μπι或1.6 μ m的脈沖激光。本發(fā)明的有益效果是
一、避開了傳統(tǒng)增益調(diào)制，主動調(diào)Q和鎖模方法中，需要對泵浦光進(jìn)行脈沖調(diào)制，進(jìn)而可能引起泵浦源和光纖端面的損壞，以及使用外置調(diào)Q或者鎖模器件從而降低裝置靈活性等問題。二、利用新的脈沖產(chǎn)生機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了 2 3 μ m波段的雙波長脈沖輸出，避開了傳統(tǒng)可飽和吸收體工作波長較窄的缺點(diǎn)。三、裝置可移植性和可集成度高，有利于實(shí)際應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu) 圖2為摻Ho3+ZBLAN能級示意 圖3摻Er3+ZBLAN能級示意 I為泵浦源、2為偏振合束器、3為二色鏡、4為耦合透鏡、5為半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAMl),6為光纖布拉格光柵、7為摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖、8為第一啁啾光纖光柵、9為第二啁啾光纖光柵、10為輸出端。
具體實(shí)施例方式對3.0 m 鎖模
泵浦源I采用1150 nm的LD，二色鏡3，與光纖呈45度夾角，對泵浦光高透，對諧振激光高反，用于導(dǎo)引激光。耦合透鏡4將泵浦光耦合進(jìn)光纖中，對光纖左端面出射的激光準(zhǔn)直。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM1)，用于對左端光纖輸出的3 m激光鎖模，同時作為3 m激光諧振腔一個端面,為諧振腔提供反饋。光纖布拉格光柵6和第一啁啾光纖光柵8構(gòu)成2.1 m激光的諧振腔，同時8還對2. l m激光進(jìn)行色散補(bǔ)償并作為2. l m激光的輸出耦合。摻Ho3+ ZBLAN光纖兩個端面都切8度角。第二啁啾光纖光柵9，構(gòu)成3 m激光諧振腔的另一端，同時對3 m激光色散補(bǔ)償。對2.1 m 鎖模
泵浦源I采用1150 nm的LD，偏振合束器2用于對泵浦光合束。二色鏡3，與光纖呈45度夾角，對泵浦光高透，對諧振激光高反，用于導(dǎo)引激光。耦合透鏡4將泵浦光耦合進(jìn)光纖中，對光纖左端面出射的激光準(zhǔn)直。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM2 ) 5，用于對左端光纖輸出的2.1 m激光鎖模，同時作為2.1 m激光諧振腔一個端面，為諧振腔提供反饋。光纖布拉格光柵6,第一啁啾光纖光柵8構(gòu)成3 m激光的諧振腔，同時8還對3 m激光進(jìn)行色散補(bǔ)償并作為3 m激光的輸出耦合。摻Ho3+ ZBLAN光纖兩個端面都切8度角。第二啁啾光纖光柵9，構(gòu)成2.1 m激光諧振腔的另一端，同時對2.1 m激光色散補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)原理
摻Ho3+ZBLAN能級示意圖，如圖2所示，
對3. O m鎖模
當(dāng)采用SESAMl (可對3 m激光可飽和吸收)時 工作方式如下 將1150 nm LD I產(chǎn)生的連續(xù)泵浦光通過偏振合束器2和透鏡4耦合進(jìn)摻Ho3+ ZBLAN (氟化物)光纖7中，隨著泵浦功率的增加，在第二啁啾光纖光柵9和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAMl) 5組成的諧振腔中產(chǎn)生了 3 μ m的連續(xù)激光(對應(yīng)于5I6 — 5I7能級的躍遷)，通過半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM1)5的可飽和吸收作用，對3 μπι連續(xù)激光被動調(diào)制，產(chǎn)生了 3μ m的鎖模脈沖激光，其脈沖周期由諧振腔長度決定，同時第二啁啾光纖光柵9又對3 μ m的鎖模脈沖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮。此時3 μ m鎖模脈沖光又對5I7 —5I8的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)制，即對5I7 — 5I8能級躍遷所對應(yīng)輻射光進(jìn)行增益調(diào)制，從而在光纖布拉格光柵6和第一光纖啁啾光柵8構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生波長為2.1 μ m的增益調(diào)制脈沖激光，同時8對2.1 μ m脈沖進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮，最后通過輸出端10同時輸出波長為3 μ m和2.1 μ m的脈沖激光。對2.1 m 鎖模
當(dāng)采用SESAM2 (可對2.1 m激光可飽和吸收)
工作方式如下
將1150 nm LD I產(chǎn)生的連續(xù)泵浦光通過偏振合束器2和透鏡4耦合進(jìn)摻Ho3+ ZBLAN(氟化物)光纖7中，隨著泵浦功率的增加，在第二啁啾光纖光柵9和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM2) 5組成的諧振腔中產(chǎn)生了 2.1 μ m的連續(xù)激光(對應(yīng)于5I7 — 5I8能級的躍遷)，通過半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM2) 5的可飽和吸收作用，對2.1 μπι連續(xù)激光被動調(diào)制，產(chǎn)生了 2.1 ym的鎖模脈沖激光，其脈沖周期由諧振腔長度決定，同時第二啁啾光纖光柵9又對2.1 μ m的鎖模脈沖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮。此時2.1 μ m鎖模脈沖光又對5I6 — 5I7的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)制，即對5I6 — 5I7能級躍遷所對應(yīng)輻射光進(jìn)行增益調(diào)制，從而在光纖布拉格光柵6和第一啁啾光纖光柵8構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生波長為3.0 μ m的增益調(diào)制脈沖激光，同時8對3. O μ m脈沖進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮，最后通過輸出端10同時輸出波長為3 μ m和2.1 μ m的脈沖激光。同理把慘Ho3+ZBLAN光纖換成慘Er3+ZBLAN光纖,描述如下
對2. 7 m鎖模
采用975 nm的半導(dǎo)體激光器，作為泵浦源I。偏振合束器2，用于對泵浦光合束。二色鏡3，對泵浦光高透，對諧振激光高反。耦合透鏡4，將泵浦光耦合進(jìn)光纖中，對光纖左端面出射的激光準(zhǔn)直。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM3)，用于對左端光纖輸出的2.7 m激光鎖模，同時作為2. 7 m激光諧振腔一個端面,為諧振腔提供反饋。光纖布拉格光柵6和第一啁啾光纖光柵8構(gòu)成1. 6 m激光的諧振腔，同時8還對1. 6 m激光進(jìn)行色散補(bǔ)償并作為1. 6 m激光的輸出耦合。摻Er3+ZBLAN光纖兩個端面都切8度角。第二啁啾光纖光柵9，構(gòu)成2. 7 m激光諧振腔的另一端，同時對2. 7 m激光色散補(bǔ)償。對1.6 m 鎖模
采用975 nm的半導(dǎo)體激光器，作為泵浦源I。偏振合束器2，用于對泵浦光合束。二色鏡3，對泵浦光高透，對諧振激光高反。耦合透鏡4，將泵浦光耦合進(jìn)光纖中，對光纖左端面出射的激光準(zhǔn)直。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM4)5用于對左端光纖輸出的1.6 m激光鎖模，同時作為1. 6 m激光諧振腔一個端面,為諧振腔提供反饋。光纖布拉格光柵6和第一啁啾光纖光柵8構(gòu)成2. 7 m激光的諧振腔，同時8還對2. 7 m激光進(jìn)行色散補(bǔ)償并作為2. 7 m激光的輸出耦合。摻Er3+ZBLAN光纖兩個端面都切8度。第二啁啾光纖光柵9，構(gòu)成1. 6 m激光諧振腔的另一端，同時對1. 6 m激光色散補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)原理
摻Er3+ZBLAN能級示意圖如圖3所示，
對2. 7 m鎖模
當(dāng)采用SESAM3 (可對2. 7 m激光可飽和吸收)時，
工作方式如下
將975 nm半導(dǎo)體激光器I產(chǎn)生的連續(xù)泵浦光通過偏振合束器2和透鏡4耦合進(jìn)摻Er3+ ZBLAN (氟化物)光纖7中，隨著泵浦功率的增加，在第二啁啾光纖光柵9和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM3) 5組成的諧振腔中產(chǎn)生了 2. 7 μ m的連續(xù)激光(對應(yīng)于4111/2 — 4I1372能級的躍遷)，通過半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM3)5的可飽和吸收作用，對2. 7 μ m連續(xù)激光被動調(diào)制，產(chǎn)生了 2. 7 μ m的鎖模脈沖激光，其脈沖周期由諧振腔長度決定，同時第二啁啾光纖光柵9又對2. 7 μ m的鎖模脈沖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮。此時2. 7 μπι鎖模脈沖光又對4113/2 — 4I1572的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)制，即對4113/2 — 4I1572能級躍遷所對應(yīng)福射光進(jìn)行增益調(diào)制，從而在光纖布拉格光柵6和第一啁啾光纖光柵8構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生波長為1.6 μ m的增益調(diào)制脈沖激光，同時8對1. 6 μ m脈沖進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮，最后通過輸出端10同時輸出波長為1. 6 μ m和2.7 μπι的脈沖激光。對1.6 m 鎖模
當(dāng)采用SESAM4 (可對1. 6 m激光可飽和吸收)時，
工作方式如下
將975 nm半導(dǎo)體激光器I產(chǎn)生的連續(xù)泵浦光通過偏振合束器2和透鏡4耦合進(jìn)摻Er3+ ZBLAN (氟化物)光纖7中，隨著泵浦功率的增加，在第二啁啾光纖光柵9和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM4) 5組成的諧振腔中產(chǎn)生了 1.6 μ m的連續(xù)激光(對應(yīng)于4113/2 — 4I1572能級的躍遷)，通過半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM4)5的可飽和吸收作用，對1. 6 μ m連續(xù)激光被動調(diào)制，產(chǎn)生了1. 6 μ m的鎖模脈沖激光，其脈沖周期由諧振腔長度決定，同時第二啁啾 光纖光柵9又對1. 6 μ m的鎖模脈沖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮。此時1. 6 μπι鎖模脈沖光又對％1/2 — 4I1372的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)制，即對4111/2 — 4I1372能級躍遷所對應(yīng)福射光進(jìn)行增益調(diào)制，從而在光纖布拉格光柵6和第一啁啾光纖8構(gòu)成的諧振腔中產(chǎn)生波長為2.7 μ m的增益調(diào)制脈沖激光，同時8對2. 7 μ m脈沖進(jìn)行色散補(bǔ)償，使其得到壓縮，最后通過輸出端10同時輸出波長為1. 6 μ m和2.7 μπι的脈沖激光。
權(quán)利要求
1.一種被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，其特征在于包括用來產(chǎn)生連續(xù)泵浦光的泵浦源(I)、用于對泵浦光合束的偏振合束器(2)、對泵浦光高透，對激光高反，用于導(dǎo)引諧振激光的二色鏡(3)、耦合透鏡(4)、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)、摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)、以及三個光柵，光纖布拉格光柵(6)、第一啁啾光纖光柵(8)、第二啁啾光纖光柵(9)和輸出端(10)，所述泵浦源(I)采用LD泵浦源或半導(dǎo)體激光器泵浦源；所述耦合透鏡(4)用于將產(chǎn)生的泵浦光耦合進(jìn)所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)中；所述二色鏡(3)與光纖呈45度夾角；所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)與所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)水平放置，同時與二色鏡(3)呈45度夾角；所述光纖布拉格光柵(6)和第一啁啾光纖光柵(8)刻寫在所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)上,構(gòu)成一個激光諧振腔；所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7 )上的第二啁啾光纖光柵(9 )和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5 )構(gòu)成另一激光諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器波長為975 nm時采用摻Er3+ZBLAN光纖；LD泵浦源所述波長為1150nm時所采用的是摻Ho3+ZBLAN光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，其特征在于當(dāng)采用摻Ho3+或摻Er3+ZBLAN光纖時，若對3. O μ m或2. 7 μπι波長激光進(jìn)行鎖模，則第二啁啾光纖光柵(9)和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)是3. O ym或2. 7 μπι波長的激光諧振腔，光纖布拉格光柵(6)和第一啁啾光纖光柵(8)是2.1 μπι或1.6 μπι波長的激光諧振腔；若對2.1 μπι或1.6 μ m波長激光進(jìn)行鎖模,則第二啁啾光纖光柵(9)和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(5)是2.1 μπι或1.6 μ m波長的激光諧振腔,光纖布拉格光柵(6)和第一啁啾光纖光柵(8)是3. O μπι或2. 7 μπι波長的激光諧振腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，其特征在于所述的摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖(7)中，Ho3+或Er3+離子的能級躍遷分別對應(yīng)2.1 μ m或1. 6 μ m和3.0 μπι或2. 7 μ m波長的躍遷輻射，同時產(chǎn)生兩個波長的脈沖激光輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，其特征在于所述的半導(dǎo)體可飽和吸收鏡作為可飽和吸收體分別對摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖作為增益光纖構(gòu)成的激光器中波長為2.1 4 111或1.6 μπι或3. O μπι或2. 7 μπι的激光進(jìn)行鎖模，對其級聯(lián)激光進(jìn)行增益調(diào)制，產(chǎn)生3. O μπι或2.7 μπι或2.1 μπι或1.6 μπι的脈沖激光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種被動鎖模導(dǎo)引增益調(diào)制的雙波長脈沖光纖激光器，包括用來產(chǎn)生連續(xù)泵浦光的泵浦源、用于對泵浦光合束的偏振合束器、對泵浦光高透，對激光高反，用于導(dǎo)引諧振激光的二色鏡、耦合透鏡、半導(dǎo)體可飽和吸收鏡、摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖、以及一個布拉格光纖光柵和兩個啁啾光纖光柵，輸出端，所述泵浦源采用LD泵浦源或半導(dǎo)體激光器泵浦源；所述耦合透鏡用于將產(chǎn)生的泵浦光耦合進(jìn)所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖中；所述二色鏡與光纖呈45度夾角；所述半導(dǎo)體可飽和吸收鏡與所述摻Ho3+或Er3+ZBLAN光纖水平放置，同時與二色鏡呈45度夾角。
文檔編號H01S3/11GK103022869SQ20121058982
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者李劍峰, 羅鴻禹, 何雨蓮, 李靜, 劉永 申請人:電子科技大學(xué)