雙包層光纖腔內倍頻雷射器的製作方法

2023-05-19 04:36:16 1

專利名稱：雙包層光纖腔內倍頻雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雙包層光纖雷射器，特別是一種將倍頻晶體置於兩段有源雙包層光纖之間，構成一種高效的雙包層光纖腔內倍頻雷射器。
背景技術：
近年來光纖雷射器得到了突飛猛進的發展，特別是雙包層光纖雷射器。雙包層光纖雷射器結構緊湊、外形輕巧、工作穩定、輸出光束質量好和易實現高功率的特點吸引了人們的注意。但是其輸出波長的單一化，限制了其廣泛應用，因此需要提出一種頻率變換技術，來實現新波長的輸出。現有技術中，光纖雷射器的倍頻都是採用腔外倍頻技術[S.A.Guskov，Electronics Letters Vol.34 No.14(1998)，1419]，[S.V.Popov，Optics Communications 174(2000)，231]，這種方法雖然能實現倍頻光輸出，但其轉換效率低、不易實現高功率，不容易實現雷射器一體化。該技術對脈衝雷射比較適用，而對於連續雷射則受到了很大的限制。

發明內容
本實用新型要解決的技術問題在於克服上述現有技術腔外倍頻的不足，提供一種雙包層光纖腔內倍頻雷射器，使之較容易地實現高功率，高轉換效率和一體化，不僅可對脈衝雷射倍頻，還能實現連續雷射的倍頻。
本實用新型的技術解決方案如下一種雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其構成包括半導體雷射器電源、半導體雷射器、輸入耦合系統、光纖系統、倍頻系統、光纖系統和輸出耦合透鏡，其位置關係是所述的光纖系統、光纖系統和倍頻系統組成一個標準的F-P諧振腔，該半導體雷射器輸出的雷射束通過耦合系統整形後入射到光纖系統，在光纖系統、倍頻系統和光纖系統組成諧振腔中形成雷射振蕩，並在倍頻系統中實現腔內倍頻，通過輸出耦合透鏡輸出。
所述的半導體雷射器的泵光波長應與雙包層光纖的纖芯材料的吸收波長相匹配。
所述的輸入耦合系統是一個非球面透鏡組。
所述的光纖系統由雙色片、光纖插針和雙包層光纖構成，該雙色片是一種對半導體雷射器的輸出波長高透而對基頻光波長高反的鏡片。
所述的倍頻系統由左右兩光纖插針、自聚焦透鏡及倍頻晶體構成，該左光纖插針的右端面、右光纖插針的左端面、左自聚焦透鏡的左端面和右自聚焦透鏡的右端面都具有8度的傾斜角，左光纖插針和左自聚焦透鏡緊密粘合在一起，右光纖插針和右自聚焦透鏡緊密粘合在一起。
所述的右光纖系統由雙包層光纖、光纖插針和雙色片構成，雙包層光纖的特性和左右光纖系統的雙包層光纖一樣，但其長度短，該雙色片是對基頻光高反，對倍頻光高透的鏡片。
所述的輸出耦合鏡是單個非球透鏡或顯微鏡用物鏡。
所述的左光纖系統的雙包層光纖的纖芯材料是雷射工作物質，是摻雜稀土離子的晶體或玻璃，內包層的橫截面外形是矩形，或是正方形，或是其它多邊形。
所述的倍頻系統的倍頻晶體是具有匹配角和基頻光波長相匹配的非線性晶體，可以是KTP、CLBO、BBO，也可以是採用準相位匹配技術的PPLN或PPKTP晶體，該倍頻晶體左端面鍍有對半導體雷射器輸出雷射高透，對基頻光高透和對倍頻光高反的介質膜，右端面鍍有對半導體雷射器輸出雷射、基頻光和倍頻光的增透膜。
本實用新型的技術效果雙包層光纖倍頻雷射器由於採用了雙包層光纖雷射器技術，因此具有電光轉換效率高、光束質量好、易實現高功率輸出等特點。發明中採用了新型的腔內倍頻技術，倍頻轉換效率高，對脈衝雷射和連續雷射都能實現倍頻輸出，彌補了光纖雷射器腔外倍頻的不足。在光纖和倍頻系統耦合中，採用了成熟的光纖插針和自聚焦透鏡耦合技術，耦合損耗較小，進一步提高了雷射器的轉換效率。本實用新型首先提出了雙包層光纖雷射器的腔內倍頻技術，所有的器件都能很容易的組裝在一起，可實現一體化，因此具有結構緊湊、體積小、工作穩定的特點，便於在各種工作環境中使用。


圖1為本實用新型的雙包層光纖倍頻雷射器的結構示意圖具體實施方式
請參閱圖1，圖1是本實用新型的雙包層光纖倍頻雷射器最佳實施例的結構示意圖，由圖可見，本實用新型雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其特點是它由半導體雷射器電源1、半導體雷射器2、輸入耦合系統15、光纖系統16、倍頻系統17、光纖系統18和輸出耦合透鏡9構成，其位置關係是所述的光纖系統16、光纖系統18和倍頻系統17組成一個標準的F-P諧振腔，該半導體雷射器2輸出的雷射束通過耦合系統15整形後入射到光纖系統16，在光纖系統16、倍頻系統17和光纖系統18組成諧振腔中形成雷射振蕩，並在倍頻系統17中實現腔內倍頻，通過輸出耦合透鏡9輸出。
所述的半導體雷射器2是輸出中心波長975nm，輸出功率連續可調，最大輸出功率30W的商用半導體雷射器。光波長與雙包層光纖4、7的纖芯材料的吸收波長相匹配。
所述的輸入耦合系統15是一個非球面透鏡組。
所述的光纖系統16包括雙色片3、光纖插針14和雙包層光纖4構成，該雙色片3是一種對半導體雷射器2輸出波長高透而對基頻光波長高反的鏡片，即雙色片3是對975nm高透(透射率＞95％)，1110nm高反(反射率＞99％)的鏡片。
所述的倍頻系統17由光纖插針13和11、自聚焦透鏡5和6，及倍頻晶體12構成，該光纖插針13右端面、光纖插針11左端面、自聚焦透鏡5左端面和自聚焦透鏡6右端面都具有8度的傾斜角，光纖插針13和自聚焦透鏡5緊密粘合在一起，光纖插針11和自聚焦透鏡6緊密粘合在一起。
所述的光纖系統18由雙包層光纖7、光纖插針10和雙色片8構成，雙包層光纖7的特性和雙包層光纖4一樣，但其長度比雙包層光纖4短，雙色片8是對基頻光高反，對倍頻光高透的鏡片，在本實施例中，該雙色片8是975nm高反(反射率＞98％)、1110nm高反(反射率＞99％)，550nm高透(透射率＞96％)的鏡片。
所述的輸出耦合鏡9為單個非球透鏡或顯微鏡用物鏡。
所述的光纖系統16的雙包層光纖4的纖芯材料是雷射工作物質，是摻雜稀土離子的晶體或是玻璃，內包層的橫截面外形是矩形，或是正方形，或是其它多邊形。在本實施例中，纖芯材料是摻雜Yb3+離子的石英玻璃，波長的吸收峰在915nm和975nm。雙包層光纖長纖芯直徑9μm，內包層的橫截面為330×170μm，外包層橫截面為350×190μm。雙包層光纖4長40m，雙包層光纖7長10m。輸出耦合透鏡為焦距7mm的非球面透鏡。
所述的倍頻系統17的倍頻晶體12是具有匹配角和基頻光波長相匹配的非線性晶體，可以是KTP、CLBO、BBO，也可以是採用準相位匹配技術的PPLN或PPKTP晶體，該倍頻晶體12左端面鍍有對半導體雷射器2輸出雷射高透，對基頻光高透和對倍頻光高反的介質膜，右端面鍍有對半導體雷射器2輸出雷射、基頻光和倍頻光的增透膜。在本實施例中，倍頻晶體12採用4×4×5mm的KTP晶體，晶體採用對1110nm波長的II類匹配方式，左端面鍍1110nm高透，975nm高透和550nm高反的介質膜，右端面鍍1110nm，975nm，550nm高透的介質膜。
半導體雷射器2輸出的雷射通過耦合系統15整形，其焦斑大小和數值孔鏡分別與雙包層光纖的纖芯大小和數值孔鏡相當，然後進入F-P腔形成雷射振蕩，產生雷射，再通過倍頻晶體產生倍頻雷射輸出。本實施例的雙包層光纖倍頻雷射器輸出為TEM00模的倍頻雷射束，有良好的光束質量。
權利要求1.一種雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其特徵在於包括半導體雷射器電源(1)、半導體雷射器(2)、輸入耦合系統(15)、光纖系統(16)、倍頻系統(17)、光纖系統(18)和輸出耦合透鏡(9)，其位置關係是所述的光纖系統(16)、光纖系統(18)和倍頻系統(17)組成一個標準的F-P諧振腔，該半導體雷射器(2)輸出的雷射束通過耦合系統(15)整形後入射到光纖系統(16)，在光纖系統(16)、倍頻系統(17)和光纖系統(18)組成諧振腔中形成雷射振蕩，並在倍頻系統(17)中實現腔內倍頻，通過輸出耦合透鏡(9)輸出。
2.根據權利要求1所述的雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其特徵在於所述的半導體雷射器(2)的泵光波長應與雙包層光纖(4)(7)纖芯材料的吸收波長相匹配。
3.根據權利要求1所述的雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其特徵在於所述的輸入耦合系統(15)是一個非球面透鏡組。
4.根據權利要求1所述的雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其特徵在於所述的光纖系統(16)包括雙色片(3)、光纖插針(14)和雙包層光纖(4)構成，該雙色片(3)是一種對半導體雷射器(2)輸出波長高透而對基頻光波長高反的鏡片。
5.根據權利要求1所述的雙包層光纖倍頻雷射器，其特徵在於所述的倍頻系統(17)由光纖插針(13)和(11)、自聚焦透鏡(5)和(6)，及倍頻晶體(12)構成，該光纖插針(13)右端面、光纖插針(11)左端面、自聚焦透鏡(5)左端面和自聚焦透鏡(6)右端面都具有8度的傾斜角，光纖插針(13)和自聚焦透鏡(5)緊密粘合在一起，光纖插針(11)和自聚焦透鏡(6)緊密粘合在一起。
6.根據權利要求1所述的雙包層光纖倍頻雷射器，其特徵在於所述的光纖系統(18)由雙包層光纖(7)、光纖插針(10)和雙色片(8)構成，雙包層光纖(7)的特性和雙包層光纖(4)一樣，但其長度比雙包層光纖(4)短，雙色片(8)是對基頻光高反，對倍頻光高透的鏡片。
7.根據權利要求1所述的雙包層光纖倍頻雷射器，其特徵在於所述的輸出耦合鏡(9)為單個非球透鏡或顯微鏡用物鏡。
8.根據權利要求4所述所述的雙包層光纖倍頻雷射器，其特徵在於所述的光纖系統(16)的雙包層光纖(4)的纖芯材料是雷射工作物質，是摻雜稀土離子的晶體或是玻璃，內包層的橫截面外形是矩形，或是正方形，或是其它多邊形。
9.根據權利要求5所述的雙包層光纖倍頻雷射器，其特徵在於所述的倍頻系統(17)的倍頻晶體(12)是具有匹配角和基頻光波長相匹配的非線性晶體，可以是KTP、CLBO、BBO，也可以是採用準相位匹配技術的PPLN或PPKTP晶體，該倍頻晶體(12)左端面鍍有對半導體雷射器(2)輸出雷射高透，對基頻光高透和對倍頻光高反的介質膜，右端面鍍有對半導體雷射器(2)輸出雷射、基頻光和倍頻光的增透膜。
專利摘要一種雙包層光纖腔內倍頻雷射器，其構成包括半導體雷射器電源、半導體雷射器、輸入耦合系統、光纖系統、倍頻系統、光纖系統和輸出耦合透鏡，所述的光纖系統、光纖系統和倍頻系統組成一個標準的F－P諧振腔，該半導體雷射器輸出的雷射束通過耦合系統整形後入射到光纖系統，在光纖系統、倍頻系統和光纖系統組成諧振腔中形成雷射振蕩，並在倍頻系統中實現腔內倍頻，通過輸出耦合透鏡輸出。本實用新型的雙包層光纖腔內倍頻雷射器融合了雙包層光纖結構緊湊、輸出功率高、電光轉換效率高、光束質量好的優點，同時克服了光纖雷射器腔外倍頻轉換效率低的不足，能夠獲得高能量，高質量的倍頻雷射輸出。
文檔編號H01S3/06GK2612116SQ0323072
公開日2004年4月14日 申請日期2003年4月25日 優先權日2003年4月25日
發明者樓祺洪, 朱曉崢, 周軍, 董景星, 魏運榮 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所