本發(fā)明屬于光纖激光，具體涉及一種空芯光纖混充氣體激光器。

背景技術(shù)：

1、光纖激光器作為輸出便攜、穩(wěn)定、高效激光的重要手段，其光束質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)緊湊，在激光器領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展前景。特別是在醫(yī)療、材料加工、國防和傳感相關(guān)領(lǐng)域，要求具有高平均功率、緊湊便攜尺寸、高可靠性和長距離傳播光束能力的激光器的應(yīng)用數(shù)量正在迅速增加。

2、基于空芯光纖的氣體激光器是隨著空芯光纖的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一類新型激光光源，它結(jié)合了傳統(tǒng)氣體激光器和光纖激光器的許多優(yōu)點，近年來得到了廣泛的關(guān)注。光纖氣體激光器以空芯光纖作為激光的傳輸載體，以氣體分子作為增益介質(zhì)，結(jié)合了光纖激光器和氣體激光器的優(yōu)點，既擁有較長的作用距離，良好的光束質(zhì)量，良好的散?熱特性，又具有較高的損傷閾值，同時可以更換不同種類的增益氣體(如co2、co、hf等)輸出不同波長的激光。

3、常見的光纖氣體激光器通常只充入一種增益氣體。就輸出波段而言，單一增益氣體可獲得的輸出譜線有限，且對泵浦源輸出線寬的要求較高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種空芯光纖混充氣體激光器，以獲得寬輸出波段范圍、具有高光束質(zhì)量、柔性傳輸?shù)募す夤庠础?/p>

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

3、空芯光纖混充氣體激光器，包括泵浦激光器、反射鏡、雙色鏡、耦合透鏡、輸入密封腔、輸出密封腔、抽真空以及充氣系統(tǒng)、空芯光纖、準(zhǔn)直透鏡；

4、泵浦激光器輸出泵浦激光通過反射鏡調(diào)節(jié)光路后射入雙色鏡，雙色鏡將泵浦激光合束后射入耦合透鏡，耦合透鏡將合束后的泵浦激光耦合進(jìn)空芯光纖，空芯光纖輸入端和輸出端分別密封在輸入密封腔和輸出密封腔中；抽真空以及充氣系統(tǒng)與輸入密封腔或輸出密封腔相連，抽真空以及充氣系統(tǒng)用于將空芯光纖抽真空以及向空芯光纖中充入具有設(shè)定氣壓的至少兩種增益氣體，并控制空芯光纖中單種增益氣體的氣壓不超過2mbar，空芯光纖中增益氣體的總氣壓不超過3mbar；泵浦激光與至少兩種增益氣體在空芯光纖內(nèi)相互作用后輸出具有寬輸出波段范圍的泵浦激光，空芯光纖輸出的具有寬輸出波段范圍的泵浦激光由準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后射出。

5、進(jìn)一步地，所述泵浦激光器數(shù)量與增益氣體種類相對應(yīng)，所述泵浦激光器為中心波長與增益氣體吸收線相對應(yīng)的窄線寬激光光源。

6、進(jìn)一步地，所述反射鏡為與泵浦激光器中心波長相對應(yīng)的具有高反射率的平面反射鏡。

7、進(jìn)一步地，所述雙色鏡為對經(jīng)反射鏡調(diào)節(jié)后射入的泵浦激光波段具有高反射率，對直接射入的泵浦激光波段具有高透過率的平面雙色鏡。

8、進(jìn)一步地，所述耦合透鏡為對泵浦激光波段具有高透過率的正透鏡，所述耦合透鏡能夠?qū)⒈闷止馐劢怪梁涂招竟饫w模場匹配。

9、進(jìn)一步地，所述輸入密封腔和輸出密封腔分別設(shè)置有輸入窗口片和輸出窗口片；所述輸入窗口片對泵浦激光波段和輸出激光波段具有高透射性；所述輸出窗口片對輸出激光波段具有高透射性。

10、進(jìn)一步地，所述抽真空以及充氣系統(tǒng)包括真空泵、氣瓶、氣壓調(diào)節(jié)閥、氣壓計，用于實現(xiàn)對空芯光纖中增益氣體的氣壓調(diào)節(jié)及監(jiān)測。

11、進(jìn)一步地，所述空芯光纖能夠?qū)Ρ闷旨す獠ǘ魏洼敵黾す獠ǘ蔚蛽p耗傳輸。

12、進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直透鏡為對輸出激光波段具有高透射性的正透鏡。

13、進(jìn)一步地，所述增益氣體包括但不限于一氧化碳、二氧化碳、溴化氫、乙炔。

14、本發(fā)明的有益效果如下：

15、本發(fā)明采用至少兩種氣體同時作為增益氣體，通過不同氣體的受激輻射同時產(chǎn)生多種不同波段的激光輸出，獲得了更寬的輸出波段，提高了空芯光纖氣體激光器的輸出波段范圍，從原理上來說，泵浦激光器通過對準(zhǔn)增益氣體的p支或r支吸收線，將增益氣體分子從基態(tài)泵浦到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的增益氣體分子通過受激輻射躍遷到激光下能級，輸出中紅外激光；同時，至少兩種增益氣體分子間的相互碰撞會改變能級弛豫速率，從而提高激光輸出功率和效率，并且空芯光纖中充入至少兩種增益氣體可進(jìn)一步提高氣體碰撞加寬，從而提高每種氣體的吸收線寬，降低對泵浦源的輸出線寬要求；本發(fā)明中充入至少兩種增益氣體后不會降低激光器輸出功率的穩(wěn)定性；本發(fā)明還通過控制空芯光纖中增益氣體的氣壓，提高了空芯光纖混充氣體激光器的輸出功率。

16、本發(fā)明采用光纖結(jié)構(gòu)，光被束縛在空芯光纖中，不易受外界環(huán)境影響，因此本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、穩(wěn)定性高、光束質(zhì)量高等優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，包括泵浦激光器、反射鏡、雙色鏡、耦合透鏡、輸入密封腔、輸出密封腔、抽真空以及充氣系統(tǒng)、空芯光纖、準(zhǔn)直透鏡；

2.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述泵浦激光器數(shù)量與增益氣體種類相對應(yīng)，所述泵浦激光器為中心波長與增益氣體吸收線相對應(yīng)的窄線寬激光光源。

3.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述反射鏡為與泵浦激光器中心波長相對應(yīng)的具有高反射率的平面反射鏡。

4.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述雙色鏡為對經(jīng)反射鏡調(diào)節(jié)后射入的泵浦激光波段具有高反射率，對直接射入的泵浦激光波段具有高透過率的平面雙色鏡。

5.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述耦合透鏡為對泵浦激光波段具有高透過率的正透鏡，所述耦合透鏡能夠?qū)⒈闷止馐劢怪梁涂招竟饫w模場匹配。

6.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述輸入密封腔和輸出密封腔分別設(shè)置有輸入窗口片和輸出窗口片；所述輸入窗口片對泵浦激光波段和輸出激光波段具有高透射性；所述輸出窗口片對輸出激光波段具有高透射性。

7.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述抽真空以及充氣系統(tǒng)包括真空泵、氣瓶、氣壓調(diào)節(jié)閥、氣壓計，用于實現(xiàn)對空芯光纖中增益氣體的氣壓調(diào)節(jié)及監(jiān)測。

8.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述空芯光纖能夠?qū)Ρ闷旨す獠ǘ魏洼敵黾す獠ǘ蔚蛽p耗傳輸。

9.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡為對輸出激光波段具有高透射性的正透鏡。

10.如權(quán)利要求1所述的空芯光纖混充氣體激光器，其特征在于，所述增益氣體包括但不限于一氧化碳、二氧化碳、溴化氫、乙炔。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種空芯光纖混充氣體激光器，包括泵浦激光器、反射鏡、雙色鏡、耦合透鏡、輸入密封腔、輸出密封腔、抽真空以及充氣系統(tǒng)、空芯光纖、準(zhǔn)直透鏡。將泵浦激光器輸出激光合束后，耦合到空芯光纖中，將空芯光纖抽真空后充入對應(yīng)的增益氣體，通過在同一段空芯光纖中同時充入至少兩種增益氣體產(chǎn)生多種不同波段的激光輸出，獲得更寬的輸出波段，提高空芯光纖氣體激光器的輸出波段范圍，并控制增益氣體的氣壓，提高空芯光纖氣體激光器的輸出功率。本發(fā)明采用光纖結(jié)構(gòu)，使得空芯光纖混充氣體激光器結(jié)構(gòu)簡單緊湊，穩(wěn)定性高，光束質(zhì)量高。

技術(shù)研發(fā)人員：王澤鋒,李炫熹,周智越,楊林永,呂國瑞,李昊,陳子倫,王蒙,李智賢,陳金寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9