專利名稱：超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域[0001 ] 本實(shí)用新型涉及激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器。
背景技術(shù)：
[0002]通常把波長為3 25 μ m的波段定義為中紅外波段，其中3飛μ m波段的中紅外激光應(yīng)用更為廣泛。目前能夠?qū)崿F(xiàn)3飛μ m激光輸出的方法主要有光學(xué)參量振蕩法，差頻振蕩， 量子級聯(lián)激光器以及氣體激光器。利用光學(xué)參量振蕩法實(shí)現(xiàn)中紅外波段激光輸出，需要使用超短脈沖激光泵浦源以及非線性晶體材料實(shí)現(xiàn)，成本較高；利用差頻振蕩法只能實(shí)現(xiàn)低功率的中紅外波段激光輸出，且轉(zhuǎn)換效率低；量子級聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)相對簡單，轉(zhuǎn)換效率相對較高，但是波長不可調(diào)諧；典型的中紅外氣體激光器有CO氣體激光器和CO2氣體激光器，但是氣體激光器的缺點(diǎn)是體積龐大，使用不方便。[0003]針對以上幾種實(shí)現(xiàn)中紅外激光的方法的特點(diǎn)，可以利用光纖激光器產(chǎn)生中紅外激光，光纖激光器體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、使用方便靈活、波長調(diào)制范圍大、可以輸出高光束質(zhì)量高功率的激光。由于中紅外材料以及摻雜工藝水平的限制，目前常用的稀土離子摻雜的ZBLAN光纖激光器發(fā)展較為成熟，但多為小功率輸出，且激光輸出波長小于4 μ m，對于波長需求大于4 μ m的應(yīng)用受到限制。[0004]目前利用二元硫系玻璃材料光纖產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜激光也有所報(bào)道，但其激勵(lì)源多采用拉曼光纖激光器或者摻銩的光纖激光器，但是該中紅外光纖超連續(xù)譜激光器的輸出功率基本都是毫瓦量級，輸出功率低，不能實(shí)現(xiàn)大功率的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。[0005]因此，當(dāng)下需要迫切解決的一個(gè)技術(shù)問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現(xiàn)有的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的輸出功率低及耦合效率低的問題。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型提供一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，用以解決現(xiàn)有的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的輸出功率低及耦合效率低的問題，實(shí)現(xiàn)高功率以及高耦合效率的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，包括脈沖光纖激光器、石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖，其中，所述脈沖光纖激光器發(fā)出的脈沖激光，通過石英光子晶體光纖產(chǎn)生波長范圍為100(T2300nm的超連續(xù)譜激光，所述超連續(xù)譜激光作為激勵(lì)源，激勵(lì)硫系玻璃光纖，產(chǎn)生波長為200(T5000nm 的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。[0008]進(jìn)一步地，所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器還包括放大級，脈沖光纖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)入放大級后再通過石英光子晶體光纖產(chǎn)生波長范圍為100(T2300nm的超連續(xù)譜激光。[0009]進(jìn)一步地，所述脈沖光纖激光器的腔型結(jié)構(gòu)包括F-P腔、環(huán)形腔以及8字鎖模環(huán)形腔。[0010]進(jìn)一步地，所述放大級為一級或多級放大結(jié)構(gòu)，所采用的增益光纖包括摻鉺的雙包層光纖、鉺鐿共摻雙包層光纖和摻鐿的雙包層光纖。[0011 ] 進(jìn)一步地，所述放大級根據(jù)所采用增益光纖的材料確定自身所采用的半導(dǎo)體激光器激勵(lì)源的波長。[0012]進(jìn)一步地，所述石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖的連接方式為直接機(jī)械對接、 直接熔接或者透鏡聚焦空間耦合方式。[0013]進(jìn)一步地，當(dāng)所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長小于等于2300nm時(shí)，所述硫系玻璃光纖為普通單包層單模光纖。[0014]進(jìn)一步地,當(dāng)所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長大于2300nm時(shí),所述硫系玻璃光纖為設(shè)置有錐區(qū)長度和錐區(qū)芯徑的錐形結(jié)構(gòu)或者為帶有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。[0015]進(jìn)一步地，所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡將超連續(xù)譜激光進(jìn)行聚焦耦合到硫系玻璃光纖產(chǎn)生波長為200(T5000nm 的中紅外超連續(xù)譜激光輸出，所述聚焦透鏡鍍對1000-2300nm波長激光的增透膜。[0016]綜上，本實(shí)用新型所述的方案中使用超連續(xù)激光光源激勵(lì)硫系玻璃光纖產(chǎn)生中紅外超連續(xù)激光，避免使用無法達(dá)到高功率的拉曼光纖激光器以及昂貴的摻銩光纖激光器作為激勵(lì)源，采用普通的摻鐿、摻鉺或者鉺鐿共摻光纖作為增益光纖能夠?qū)崿F(xiàn)高功率激光輸出；采用三種耦合方式實(shí)現(xiàn)石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖的耦合，石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖若采用直接機(jī)械對接耦合方式，可以減小熔接難度，工藝非常簡單，石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖若采用熔接方式可以實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)，使用方便靈活，若在石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖之間熔接一段熔點(diǎn)匹配光纖可以一定程度上減小熔接損耗和提高耦合效率，石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖若采用透鏡空間耦合方式，可以實(shí)現(xiàn)高耦合效率的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。


[0017]圖I是本實(shí)用新型的實(shí)施例I的一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例2的一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0019]圖3是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
中所述的硫系玻璃光纖的錐形結(jié)構(gòu)示意圖；[0020]圖4是本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
中所述的硫系玻璃光纖的帶有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0021]由于硫系玻璃具有高折射率、高非線性特性，并具有較長的透紅外截止波長 012 μ m)以及較低的聲子能量，因此本實(shí)用新型實(shí)施例將硫系玻璃光纖用于中紅外超連續(xù)譜光纖激光器中，以實(shí)現(xiàn)更高功率及更高耦合效率的3飛μ m波長的激光輸出。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0022]實(shí)施例I :[0023]如圖I所示，一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器具體包括脈沖光纖激光器I、石英光子晶體光纖3和硫系玻璃光纖4。[0024]本實(shí)施例中，脈沖光纖激光器I發(fā)出的一定重復(fù)頻率、波長、脈寬的激光，經(jīng)過石英光子晶體光纖3，產(chǎn)生波長范圍在近紅外附近的超連續(xù)譜輸出，超連續(xù)譜經(jīng)過硫系玻璃光纖4產(chǎn)生波長更長的超連續(xù)譜輸出。[0025]本實(shí)施例中，石英光子晶體光纖3與硫系玻璃光纖4可以采用直接機(jī)械對接或者直接熔接。[0026]更為具體的，對于直接熔接這種連接方式，可以石英光子晶體光纖3與硫系玻璃光纖4之間熔接一段熔點(diǎn)匹配光纖，以減小熔點(diǎn)損耗和提高耦合效率。[0027]優(yōu)選地，當(dāng)硫系玻璃光纖4的材料色散的零色散波長小于等于2300nm時(shí)，硫系玻璃光纖4為普通單包層單模光纖；而當(dāng)硫系玻璃光纖4材料色散的零色散波長大于2300nm 時(shí)，硫系玻璃光纖4的結(jié)構(gòu)為如圖3所示的設(shè)置有錐區(qū)長度和錐區(qū)芯徑的錐形結(jié)構(gòu)或者為如圖4所示的設(shè)置有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。[0028]更為具體的，石英光子晶體光纖3產(chǎn)生的超連續(xù)譜激光的波長范圍為 100(T2300nm，也即本方案中波長范圍在近紅外附近的超連續(xù)譜的波長范圍為 100(T2300nm，波長更長的超連續(xù)譜的波長為200(T5000nm。[0029]實(shí)施例2 [0030]如圖2所示，一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器包括脈沖光纖激光器I、放大級2、石英光子晶體光纖3、硫系玻璃光纖4和聚焦透鏡6組成。[0031]本實(shí)施例中，脈沖光纖激光器I發(fā)出的一定重復(fù)頻率、波長、脈寬的激光經(jīng)過放大級2功率得到放大，功率經(jīng)過放大之后的激光經(jīng)過石英光子晶體光纖3，產(chǎn)生波長范圍在近紅外附近的超連續(xù)譜輸出，超連續(xù)譜激光經(jīng)過聚焦透鏡6進(jìn)行聚焦耦合到硫系玻璃光纖4 產(chǎn)生波長更長的超連續(xù)譜輸出。[0032]優(yōu)選地，當(dāng)硫系玻璃光纖4的材料色散的零色散波長小于等于2300nm時(shí)，硫系玻璃光纖4為普通單包層單模光纖；而當(dāng)硫系玻璃光纖4材料色散的零色散波長大于2300nm 時(shí)，硫系玻璃光纖4的結(jié)構(gòu)為如圖3所示的設(shè)置有錐區(qū)長度和錐區(qū)芯徑的錐形結(jié)構(gòu)以及如圖4所示的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。[0033]補(bǔ)充說明的，附圖中，I、脈沖光纖激光器，2、放大級，3、石英光子晶體光纖，4、硫系玻璃光纖，5、輸出激光,6、聚焦透鏡。[0034]本方案中，脈沖光纖激光器I根據(jù)輸出的超連續(xù)譜的波長和功率的要求，選擇不同腔型結(jié)構(gòu)的脈沖光纖激光器，其腔型結(jié)構(gòu)包括F-P腔、環(huán)形腔以及8字鎖模環(huán)形腔。[0035]同時(shí)，放大級2根據(jù)需要輸出的超連續(xù)譜的波長和功率，選擇一級或多級放大結(jié)構(gòu)，所采用的增益光纖包括摻鉺的雙包層光纖、鉺鐿共摻雙包層光纖和摻鐿的雙包層光纖。[0036]具體的，放大級2根據(jù)自身所采用的增益光纖不同，放大級根據(jù)自身所采用的半導(dǎo)體激光器激勵(lì)源波長也不同。[0037]其中，石英光子晶體光纖3和硫系玻璃光纖4的連接方式為直接熔接或者空間耦合方式。更為具體的，所述硫系玻璃光纖4為設(shè)置有錐區(qū)長度和錐區(qū)芯徑的錐形結(jié)構(gòu)或者為如圖4所示的設(shè)置有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。[0038]同時(shí)，聚焦透鏡6可以鍍對1000_2300nm波長激光的增透膜以提高耦合效率。[0039]本實(shí)用新型提供的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器而目前利用 MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器(脈沖光纖激光器I和放大級2)和石英光子晶體光纖能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生高功率的近紅外波段超連續(xù)譜激光，利用此高功率超連續(xù)譜激光作為激勵(lì)源激勵(lì)硫系玻璃光纖可以實(shí)現(xiàn)高功率(幾十瓦)的中紅外波段的超連續(xù)譜激光。此外，本實(shí)用新型提供的光路中采用了聚焦透鏡的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的耦合效率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的全光纖中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的耦合效率，具有很大的實(shí)用性。[0040]以上對本實(shí)用新型所提供的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實(shí)用新型的限制。
權(quán)利要求1.一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，包括脈沖光纖激光器、石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖，其中，所述脈沖光纖激光器發(fā)出的脈沖激光， 通過石英光子晶體光纖產(chǎn)生波長范圍為100(T2300nm的超連續(xù)譜激光，所述超連續(xù)譜激光作為激勵(lì)源，激勵(lì)硫系玻璃光纖，產(chǎn)生波長為200(T5000nm的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，還包括放大級，脈沖光纖激光器發(fā)出的脈沖激光進(jìn)入放大級后再通過石英光子晶體光纖產(chǎn)生波長范圍為100(T2300nm的超連續(xù)譜激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，所述脈沖光纖激光器的腔型結(jié)構(gòu)包括F-P腔、環(huán)形腔以及8字鎖模環(huán)形腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，所述放大級為一級或多級放大結(jié)構(gòu)，所采用的增益光纖包括摻鉺的雙包層光纖、鉺鐿共摻雙包層光纖和摻鐿的雙包層光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，所述放大級根據(jù)所采用增益光纖的材料確定自身所采用的半導(dǎo)體激光器激勵(lì)源的波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，所述石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖的連接方式為直接機(jī)械對接、直接熔接或者透鏡聚焦空間耦合方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，當(dāng)所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長小于等于2300nm時(shí)，所述硫系玻璃光纖為普通單包層單模光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，當(dāng)所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長大于2300nm時(shí)，所述硫系玻璃光纖為設(shè)置有錐區(qū)長度和錐區(qū)芯徑的錐形結(jié)構(gòu)或者為帶有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡將超連續(xù)譜激光進(jìn)行聚焦耦合到硫系玻璃光纖產(chǎn)生波長為200(T5000nm的中紅外超連續(xù)譜激光輸出，所述聚焦透鏡鍍對1000_2300nm波長激光的增透膜。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，涉及激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體包括脈沖光纖激光器、石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖，其中，所述脈沖光纖激光器發(fā)出的脈沖激光，通過石英光子晶體光纖產(chǎn)生波長范圍為1000~2300nm的超連續(xù)譜激光，所述超連續(xù)譜激光作為激勵(lì)源，激勵(lì)一段錐形結(jié)構(gòu)或者帶有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)的硫系玻璃光纖，產(chǎn)生波長為2000~5000nm的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種超連續(xù)譜光源激勵(lì)的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，用以實(shí)現(xiàn)高功率以及高耦合效率的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/094GK202749673SQ201220385208
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者王智勇, 高靜, 于峰, 代京京, 葛廷武 申請人:北京工業(yè)大學(xué)