超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器的製作方法

2023-05-13 17:45:31

專利名稱：超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器的製作方法
技術領域：
超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器技術領域[0001 ] 本實用新型涉及雷射光電子技術領域，尤其涉及一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器。
背景技術：
[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波段的中紅外雷射應用更為廣泛。目前能夠實現3飛μ m雷射輸出的方法主要有光學參量振蕩法，差頻振蕩， 量子級聯雷射器以及氣體雷射器。利用光學參量振蕩法實現中紅外波段雷射輸出，需要使用超短脈衝雷射泵浦源以及非線性晶體材料實現，成本較高；利用差頻振蕩法只能實現低功率的中紅外波段雷射輸出，且轉換效率低；量子級聯雷射器結構相對簡單，轉換效率相對較高，但是波長不可調諧；典型的中紅外氣體雷射器有CO氣體雷射器和CO2氣體雷射器，但是氣體雷射器的缺點是體積龐大，使用不方便。[0003]針對以上幾種實現中紅外雷射的方法的特點，可以利用光纖雷射器產生中紅外雷射，光纖雷射器體積小、重量輕、轉換效率高、使用方便靈活、波長調製範圍大、可以輸出高光束質量高功率的雷射。由於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光纖雷射器發展較為成熟，但多為小功率輸出，且雷射輸出波長小於4 μ m，對于波長需求大於4 μ m的應用受到限制。[0004]目前利用二元硫系玻璃材料光纖產生中紅外超連續譜雷射也有所報導，但其激勵源多採用拉曼光纖雷射器或者摻銩的光纖雷射器，但是該中紅外光纖超連續譜雷射器的輸出功率基本都是毫瓦量級，輸出功率低，不能實現大功率的中紅外超連續譜雷射輸出。[0005]因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現有的中紅外超連續譜光纖雷射器的輸出功率低及耦合效率低的問題。實用新型內容[0006]本實用新型提供一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，用以解決現有的中紅外超連續譜光纖雷射器的輸出功率低及耦合效率低的問題，實現高功率以及高耦合效率的中紅外超連續譜雷射輸出。[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，包括脈衝光纖雷射器、石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖，其中，所述脈衝光纖雷射器發出的脈衝雷射，通過石英光子晶體光纖產生波長範圍為100(T2300nm的超連續譜雷射，所述超連續譜雷射作為激勵源，激勵硫系玻璃光纖，產生波長為200(T5000nm 的中紅外超連續譜雷射輸出。[0008]進一步地，所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器還包括放大級，脈衝光纖雷射器發出的脈衝雷射進入放大級後再通過石英光子晶體光纖產生波長範圍為100(T2300nm的超連續譜雷射。[0009]進一步地，所述脈衝光纖雷射器的腔型結構包括F-P腔、環形腔以及8字鎖模環形腔。[0010]進一步地，所述放大級為一級或多級放大結構，所採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 ] 進一步地，所述放大級根據所採用增益光纖的材料確定自身所採用的半導體雷射器激勵源的波長。[0012]進一步地，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械對接、 直接熔接或者透鏡聚焦空間耦合方式。[0013]進一步地，當所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長小於等於2300nm時，所述硫系玻璃光纖為普通單包層單模光纖。[0014]進一步地,當所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長大於2300nm時,所述硫系玻璃光纖為設置有錐區長度和錐區芯徑的錐形結構或者為帶有空氣孔的光子晶體光纖結構。[0015]進一步地，所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡將超連續譜雷射進行聚焦耦合到硫系玻璃光纖產生波長為200(T5000nm 的中紅外超連續譜雷射輸出，所述聚焦透鏡鍍對1000-2300nm波長雷射的增透膜。[0016]綜上，本實用新型所述的方案中使用超連續雷射光源激勵硫系玻璃光纖產生中紅外超連續雷射，避免使用無法達到高功率的拉曼光纖雷射器以及昂貴的摻銩光纖雷射器作為激勵源，採用普通的摻鐿、摻鉺或者鉺鐿共摻光纖作為增益光纖能夠實現高功率雷射輸出；採用三種耦合方式實現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採用直接機械對接耦合方式，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採用熔接方式可以實現全光纖結構，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採用透鏡空間耦合方式，可以實現高耦合效率的中紅外超連續譜雷射輸出。


[0017]圖I是本實用新型的實施例I的一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器的結構示意圖；[0018]圖2是本實用新型的實施例2的一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器的結構示意圖；[0019]圖3是本實用新型的具體實施方式
中所述的硫系玻璃光纖的錐形結構示意圖；[0020]圖4是本實用新型的具體實施方式
中所述的硫系玻璃光纖的帶有空氣孔的光子晶體光纖結構示意圖。
具體實施方式
[0021]由於硫系玻璃具有高折射率、高非線性特性，並具有較長的透紅外截止波長 012 μ m)以及較低的聲子能量，因此本實用新型實施例將硫系玻璃光纖用於中紅外超連續譜光纖雷射器中，以實現更高功率及更高耦合效率的3飛μ m波長的雷射輸出。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。[0022]實施例I :[0023]如圖I所示，一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器具體包括脈衝光纖雷射器I、石英光子晶體光纖3和硫系玻璃光纖4。[0024]本實施例中，脈衝光纖雷射器I發出的一定重複頻率、波長、脈寬的雷射，經過石英光子晶體光纖3，產生波長範圍在近紅外附近的超連續譜輸出，超連續譜經過硫系玻璃光纖4產生波長更長的超連續譜輸出。[0025]本實施例中，石英光子晶體光纖3與硫系玻璃光纖4可以採用直接機械對接或者直接熔接。[0026]更為具體的，對於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之間熔接一段熔點匹配光纖，以減小熔點損耗和提高耦合效率。[0027]優選地，當硫系玻璃光纖4的材料色散的零色散波長小於等於2300nm時，硫系玻璃光纖4為普通單包層單模光纖；而當硫系玻璃光纖4材料色散的零色散波長大於2300nm 時，硫系玻璃光纖4的結構為如圖3所示的設置有錐區長度和錐區芯徑的錐形結構或者為如圖4所示的設置有空氣孔的光子晶體光纖結構。[0028]更為具體的，石英光子晶體光纖3產生的超連續譜雷射的波長範圍為 100(T2300nm，也即本方案中波長範圍在近紅外附近的超連續譜的波長範圍為 100(T2300nm，波長更長的超連續譜的波長為200(T5000nm。[0029]實施例2 [0030]如圖2所示，一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器包括脈衝光纖雷射器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]本實施例中，脈衝光纖雷射器I發出的一定重複頻率、波長、脈寬的雷射經過放大級2功率得到放大，功率經過放大之後的雷射經過石英光子晶體光纖3，產生波長範圍在近紅外附近的超連續譜輸出，超連續譜雷射經過聚焦透鏡6進行聚焦耦合到硫系玻璃光纖4 產生波長更長的超連續譜輸出。[0032]優選地，當硫系玻璃光纖4的材料色散的零色散波長小於等於2300nm時，硫系玻璃光纖4為普通單包層單模光纖；而當硫系玻璃光纖4材料色散的零色散波長大於2300nm 時，硫系玻璃光纖4的結構為如圖3所示的設置有錐區長度和錐區芯徑的錐形結構以及如圖4所示的光子晶體光纖結構。[0033]補充說明的，附圖中，I、脈衝光纖雷射器，2、放大級，3、石英光子晶體光纖，4、硫系玻璃光纖，5、輸出雷射,6、聚焦透鏡。[0034]本方案中，脈衝光纖雷射器I根據輸出的超連續譜的波長和功率的要求，選擇不同腔型結構的脈衝光纖雷射器，其腔型結構包括F-P腔、環形腔以及8字鎖模環形腔。[0035]同時，放大級2根據需要輸出的超連續譜的波長和功率，選擇一級或多級放大結構，所採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根據自身所採用的增益光纖不同，放大級根據自身所採用的半導體雷射器激勵源波長也不同。[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為設置有錐區長度和錐區芯徑的錐形結構或者為如圖4所示的設置有空氣孔的光子晶體光纖結構。[0038]同時，聚焦透鏡6可以鍍對1000_2300nm波長雷射的增透膜以提高耦合效率。[0039]本實用新型提供的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器而目前利用 MOPA結構光纖雷射器(脈衝光纖雷射器I和放大級2)和石英光子晶體光纖能實現產生高功率的近紅外波段超連續譜雷射，利用此高功率超連續譜雷射作為激勵源激勵硫系玻璃光纖可以實現高功率(幾十瓦)的中紅外波段的超連續譜雷射。此外，本實用新型提供的光路中採用了聚焦透鏡的中紅外超連續譜光纖雷射器的耦合效率遠高於現有的全光纖中紅外超連續譜光纖雷射器的耦合效率，具有很大的實用性。[0040]以上對本實用新型所提供的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，包括脈衝光纖雷射器、石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖，其中，所述脈衝光纖雷射器發出的脈衝雷射， 通過石英光子晶體光纖產生波長範圍為100(T2300nm的超連續譜雷射，所述超連續譜雷射作為激勵源，激勵硫系玻璃光纖，產生波長為200(T5000nm的中紅外超連續譜雷射輸出。
2.根據權利要求I所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，還包括放大級，脈衝光纖雷射器發出的脈衝雷射進入放大級後再通過石英光子晶體光纖產生波長範圍為100(T2300nm的超連續譜雷射。
3.根據權利要求I所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，所述脈衝光纖雷射器的腔型結構包括F-P腔、環形腔以及8字鎖模環形腔。
4.根據權利要求2所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，所述放大級為一級或多級放大結構，所採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.根據權利要求4所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，所述放大級根據所採用增益光纖的材料確定自身所採用的半導體雷射器激勵源的波長。
6.根據權利要求I所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，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械對接、直接熔接或者透鏡聚焦空間耦合方式。
7.根據權利要求I所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，當所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長小於等於2300nm時，所述硫系玻璃光纖為普通單包層單模光纖。
8.根據權利要求I所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，當所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長大於2300nm時，所述硫系玻璃光纖為設置有錐區長度和錐區芯徑的錐形結構或者為帶有空氣孔的光子晶體光纖結構。
9.根據權利要求I所述的超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，其特徵在於，還包括聚焦透鏡，所述聚焦透鏡將超連續譜雷射進行聚焦耦合到硫系玻璃光纖產生波長為200(T5000nm的中紅外超連續譜雷射輸出，所述聚焦透鏡鍍對1000_2300nm波長雷射的增透膜。
專利摘要本實用新型提供了一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，涉及雷射光電子技術領域，具體包括脈衝光纖雷射器、石英光子晶體光纖和硫系玻璃光纖，其中，所述脈衝光纖雷射器發出的脈衝雷射，通過石英光子晶體光纖產生波長範圍為1000~2300nm的超連續譜雷射，所述超連續譜雷射作為激勵源，激勵一段錐形結構或者帶有空氣孔的光子晶體光纖結構的硫系玻璃光纖，產生波長為2000~5000nm的中紅外超連續譜雷射輸出。本實用新型所要解決的技術問題是提供一種超連續譜光源激勵的中紅外超連續譜光纖雷射器，用以實現高功率以及高耦合效率的中紅外超連續譜雷射輸出。
文檔編號H01S3/094GK202749673SQ201220385208
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者王智勇, 高靜, 於峰, 代京京, 葛廷武 申請人:北京工業大學