專利名稱：雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及光纖激光器，特別涉及一種大功率的高效腔內(nèi)倍頻產(chǎn)生綠光激光輸出的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器以其小型化、全固化及好的熱穩(wěn)定性等一系列優(yōu)點(diǎn)被大家廣泛研究，尤其是雙包層激光器的出現(xiàn)為光纖激光器的高功率輸出找到了很好的出路。但是由于材料及生產(chǎn)工藝上的限制，使雙包層光纖激光器的波長(zhǎng)范圍較小，因而使用各種頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)來對(duì)其頻率進(jìn)行擴(kuò)展成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。目前實(shí)現(xiàn)綠光光纖激光輸出主要采用的是光纖上轉(zhuǎn)換技術(shù)或者是腔外倍頻技術(shù)。而采用上轉(zhuǎn)換技術(shù)，由于其機(jī)理的限制使其綠光激光的輸出功率很低；而采用腔外倍頻技術(shù)，其效率則比較低。從泵浦方式來看大都采用單面泵浦的方式，這樣使泵浦光在光纖工作介質(zhì)中的分布很不均勻，從而大大減小了工作介質(zhì)對(duì)泵浦光的吸收效率，并影響了激光光束的質(zhì)量。而且由于在光纖激光器中非光纖光學(xué)元件的較多使用，使損耗大幅上升，并影響了激光的光束質(zhì)量，大功率的激光輸出也受到很大的限制，光纖激光器的高效、穩(wěn)定、一體化的特點(diǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其光纖一體化程度高、可實(shí)現(xiàn)大功率綠光激光輸出。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，由前端泵浦光輸出裝置、前端雙包層光纖裝置、倍頻裝置、末端雙包層光纖裝置、末端泵浦光輸出裝置、耦合輸出裝置構(gòu)成。前端泵浦光輸出裝置與前端雙包層光纖裝置通過光纖之間的熔接相連接；前端雙包層光纖裝置、倍頻裝置和末端雙包層光纖裝置依次通過光纖相連接，并組成諧振腔；末端雙包層光纖裝置之后設(shè)置耦合輸出裝置，倍頻激光束通過耦合輸出裝置準(zhǔn)直輸出；末端泵浦光輸出裝置設(shè)置在耦合輸出裝置的正上方，末端泵浦光輸出裝置產(chǎn)生的泵浦光以垂直于輸出激光光路的方向入射到耦合輸出裝置內(nèi)二色鏡的中心。
所述的前端泵浦光輸出裝置由半導(dǎo)體激光器電源、半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊及錐形光纖組成。半導(dǎo)體激光器電源與半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊相連接；半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊帶尾纖輸出與錐形光纖通過尾纖與錐形光纖之間的熔接相連接。
該前端泵浦光輸出裝置輸出的泵浦光波長(zhǎng)與第一雙包層光纖纖芯材料的峰值吸收波長(zhǎng)相一致。
所述的前端雙包層光纖裝置由光纖光柵及第一雙包層光纖組成。光纖光柵的左端與前端泵浦光輸出裝置中的錐形光纖通過光纖之間的熔接相連接；光纖光柵的右端與第一雙包層光纖的左端通過光纖之間的熔接相連接。
該光纖光柵對(duì)泵浦光高透，對(duì)基頻光高反。
所述的倍頻裝置由左光纖插針、第一自聚焦透鏡、倍頻晶體、第二自聚焦透鏡、右光纖插針組成。自左向右順次位于同一準(zhǔn)直光路上，其中前端雙包層光纖裝置中的第一雙包層光纖插入左光纖插針且光纖端面緊貼第一自聚焦透鏡，左光纖插針的右端面和第一自聚焦透鏡的左端面粘貼，第一自聚焦透鏡右端面緊貼倍頻晶體的左端面，倍頻晶體的右端面緊貼第二自聚焦透鏡左端面，第二自聚焦透鏡的右端面和右光纖插針的左端面粘貼。
其中倍頻晶體是對(duì)基頻光波長(zhǎng)相位匹配或準(zhǔn)相位匹配的非線性晶體，如磷酸氧鈦鉀KT、β-硼酸鋇(BBO、三硼酸鋰LBO、周期性極化的磷酸氧鈦鉀PPKTP等晶體。
所述的末端雙包層光纖裝置由第二雙包層光纖及雙色片組成。其中第二雙包層光纖的左端插入倍頻裝置中的右光纖插針中，并且其光纖端面緊貼倍頻裝置中的第二自聚焦透鏡；第二雙包層光纖的右端通過光纖調(diào)節(jié)架的調(diào)節(jié)緊貼雙色片表面。
該雙色片鍍對(duì)泵浦光、倍頻光的高透膜，對(duì)基頻光的高反膜。
所述的末端泵浦光輸出裝置由半導(dǎo)體激光器電源及具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊構(gòu)成，半導(dǎo)體激光器電源與具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊相連接。
末端泵浦光輸出裝置輸出的泵浦光中心波長(zhǎng)應(yīng)與第二雙包層光纖纖芯材料的峰值吸收波長(zhǎng)相一致，并且與前端泵浦光輸出裝置輸出的泵浦光中心波長(zhǎng)相一致。
所述的耦合輸出裝置由光學(xué)耦合透鏡組及二色鏡組成。光學(xué)耦合透鏡組后設(shè)置二色鏡，兩者在同一準(zhǔn)直光路上。
該二色鏡鍍對(duì)泵浦光的高反膜，對(duì)倍頻光的高透膜，并以45°傾角放置。
所述第一雙包層光纖和第二雙包層光纖是具有相同參數(shù)的雙包層光纖纖芯均為摻雜鐿離子Yb3+的晶體或玻璃，而內(nèi)包層的橫截面外形是矩形或D形。
所述的倍頻晶體是對(duì)基頻光波長(zhǎng)相位匹配或準(zhǔn)相位匹配的非線性晶體，倍頻晶體左端面鍍對(duì)泵浦光、基頻光的高透膜，對(duì)倍頻光高反的介質(zhì)膜，右端面鍍對(duì)泵浦光、基頻光、倍頻光的高透膜。
本發(fā)明采用腔內(nèi)倍頻方式，并采用雙面泵浦激光工作方式，從而解決了腔外倍頻效率低，及單面泵浦泵浦效率低等問題，使倍頻激光的輸出功率大幅提高。同時(shí)光纖光柵、錐形光纖以及光纖融接技術(shù)的使用，大大減少了非光纖光學(xué)元件的使用。這樣就大大減少了各種非光纖光學(xué)元件較大的器件損耗，使激光的輸出功率得到提高，同時(shí)也使光纖激光器的一體化程度及其穩(wěn)定性得到大幅度提高。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如下半導(dǎo)體激光器電源7與半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊8相連接，半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊8與錐形光纖9通過尾纖與錐形光纖之間的熔接相連接，錐形光纖9的右端與光纖光柵10的左端通過光纖之間的熔接相連接，光纖光柵10的右端與第一雙包層光纖11的左端通過光纖之間的熔接相連接，第一雙包層光纖11的右端插入光纖插針12中且其光纖端面緊貼第一自聚焦透鏡13，左光纖插針12、第一自聚焦透鏡13、倍頻晶體14、第二自聚焦透鏡15、右光纖插針16自左向右順次位于同一準(zhǔn)直光路上，左光纖插針12的右端面和第一自聚焦透鏡13的左端面粘貼，第一自聚焦透鏡13右端面緊貼倍頻晶體14的左端面，倍頻晶體14的右端面緊貼第二自聚焦透鏡15左端面，第二自聚焦透鏡15的右端面和右光纖插針16的左端面粘貼，第二雙包層光纖17的左端插入右光纖插針16中且其光纖端面緊貼第二自聚焦透鏡15，第二雙包層光纖17的右端通過光纖調(diào)節(jié)架的調(diào)節(jié)緊貼于雙色片18的表面，雙色片18后依次設(shè)置光學(xué)耦合透鏡組21、以45°傾角放置的二色鏡22，且三者在同一準(zhǔn)直光路上，二色鏡22的正上方設(shè)置具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20，具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20與半導(dǎo)體激光器電源19連接。
本發(fā)明的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其具體的工作過程為前端泵浦光輸出裝置1提供的975nm泵浦光，通過熔接到尾纖的錐形光纖9的耦合作用從左端注入到前端雙包層光纖裝置2，同時(shí)末端泵浦光輸出裝置5提供的975nm泵浦光，通過耦合輸出裝置6從右端耦合聚焦進(jìn)入末端雙包層光纖裝置4，達(dá)到雙面泵浦的效果，并將由前端雙包層光纖裝置2、倍頻裝置3和末端雙包層光纖裝置4組成的諧振腔內(nèi)的第一雙包層光纖11和第二雙包層光纖17激活，產(chǎn)生1080nm基頻光振蕩，再經(jīng)倍頻裝置3實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻作用，產(chǎn)生540nm綠光，最終通過耦合輸出裝置6準(zhǔn)直輸出。
所述的前端泵浦光輸出裝置1由半導(dǎo)體激光器電源7、半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊8及錐形光纖9組成。半導(dǎo)體激光器電源7為半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊8提供穩(wěn)定的電源輸入；該半導(dǎo)體激光光纖輸出模塊8是帶尾纖輸出的、中心波長(zhǎng)在975nm、輸出功率連續(xù)可調(diào)、最大輸出功率為25W的商用半導(dǎo)體激光器模塊，尾纖直徑為800um，數(shù)值孔徑為0.22，該半導(dǎo)體激光光纖輸出模塊8的輸出中心波長(zhǎng)與第一雙包層光纖11纖芯材料的峰值吸收波長(zhǎng)相一致；錐形光纖9的尺寸為輸入端光纖直徑為800um，數(shù)值孔徑為0.22，輸出端的光纖直徑為350um，錐形光纖總長(zhǎng)度為2.0m，其中錐形區(qū)長(zhǎng)度為1.5m，該錐形光纖與其它光纖通過大纖芯融接機(jī)進(jìn)行融接，再通過合適的紫外膠進(jìn)行封裝。
所述的前端雙包層光纖裝置2由光纖光柵10及第一雙包層光纖11組成。其中光纖光柵10是采用相位掩模法在雙包層光敏光纖上制作而成的，對(duì)975nm光高透(透過率＞99％)，對(duì)1080nm光高反(反射率＞99％)；第一雙包層光纖11纖芯為摻雜鐿離子(Yb3+)的晶體或玻璃，而內(nèi)包層的橫截面外形是矩形或D形，在本實(shí)施例中，采用國(guó)產(chǎn)的D形內(nèi)包層的雙包層光纖，纖芯為摻雜鐿離子(Yb3+)的石英晶體，最大吸收峰位于975nm，纖芯直徑為18μm，數(shù)值孔徑為0.12，內(nèi)包層尺寸為350/400um，數(shù)值孔徑為0.46，摻雜濃度為6500ppm，光纖長(zhǎng)度為20m。
所述的倍頻裝置3由左光纖插針12、第一自聚焦透鏡13、倍頻晶體14、第二自聚焦透鏡15、右光纖插針16組成。其中倍頻晶體14是對(duì)基頻光波長(zhǎng)相位匹配或準(zhǔn)相位匹配的非線性晶體，如磷酸氧鈦鉀(KTP)、β-硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)、周期性極化的磷酸氧鈦鉀(PPKTP)等晶體，本實(shí)驗(yàn)例中采用對(duì)1080nm II類相位匹配的磷酸氧鈦鉀(KTP)，倍頻晶體尺寸為4×4×6mm3，其左端面鍍975nm、1080nm的高透膜(透過率＞95％)、540nm高反(反射率＞98％)的介質(zhì)膜，右端面鍍975nm、1080nm、540nm的高透膜(透過率＞95％)。
所述的末端雙包層光纖裝置4由第二雙包層光纖17，雙色片18組成。雙色片18對(duì)975nm、540nm光高透(透過率＞95％)，對(duì)1080nm光高反(反射率＞98％)。第二雙包層光纖17是與第一雙包層光纖11具有相同參數(shù)的光纖，長(zhǎng)度為20m。
所述的末端泵浦光輸出裝置5由半導(dǎo)體激光器電源19、具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20組成。半導(dǎo)體激光器電源19為具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20提供穩(wěn)定的電源輸入；具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20是具有準(zhǔn)直輸出的商用半導(dǎo)體激光器，其輸出中心波長(zhǎng)為975nm，輸出功率連續(xù)可調(diào)，最大輸出功率為30W，其輸出波長(zhǎng)與第二雙包層光纖17的峰值吸收波長(zhǎng)相一致。
所述的耦合輸出裝置6由光學(xué)耦合透鏡組21及二色鏡22組成，其中的光學(xué)耦合透鏡組21是一種通過特殊設(shè)計(jì)的透鏡系統(tǒng)，對(duì)540nm倍頻激光進(jìn)行準(zhǔn)直，同時(shí)將具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20輸出的975nm的泵浦光耦合聚焦到末端雙包層光纖裝置4內(nèi)；二色鏡22對(duì)975nm泵浦光高反(反射率＞98％)，對(duì)540nm倍頻光高透(透射率＞95％)，并傾斜45°角放置，其將泵浦光與倍頻光分開準(zhǔn)直的540nm倍頻激光從其右端透射輸出，同時(shí)準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊20輸出的975nm泵浦光從其正上方入射，通過反射進(jìn)入光學(xué)耦合透鏡組21。
本實(shí)施例的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，可獲得光束質(zhì)量好，平均功率大的單模倍頻激光輸出，而且激光器的效率高、穩(wěn)定性好、體積小、壽命長(zhǎng)，是產(chǎn)生綠光激光的理想激光源，在激光電視、激光醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，包括前端泵浦光輸出裝置(1)，其特征在于，前端泵浦光輸出裝置(1)與前端雙包層光纖裝置(2)通過光纖之間的熔接相連接；前端雙包層光纖裝置(2)、倍頻裝置(3)和末端雙包層光纖裝置(4)依次通過光纖相連接，形成諧振腔；末端雙包層光纖裝置(4)之后設(shè)置耦合輸出裝置(6)，倍頻激光束通過耦合輸出裝置(6)準(zhǔn)直輸出；末端泵浦光輸出裝置(5)設(shè)置在耦合輸出裝置(6)的正上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的前端泵浦光輸出裝置(1)由半導(dǎo)體激光器電源(7)、半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊(8)及錐形光纖(9)組成，半導(dǎo)體激光器電源(7)與半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊(8)相連接；半導(dǎo)體激光器光纖輸出模塊(8)帶尾纖輸出并與錐形光纖(9)通過尾纖與錐形光纖之間的熔接相連接，該前端泵浦光輸出裝置(1)輸出的泵浦光波長(zhǎng)與第一雙包層光纖(11)纖芯材料的峰值吸收波長(zhǎng)相一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的前端雙包層光纖裝置(2)由光纖光柵(10)及第一雙包層光纖(11)組成，光纖光柵(10)的左端與前端泵浦光輸出裝置(1)中的錐形光纖(9)通過光纖之間的熔接相連接；光纖光柵(10)的右端與第一雙包層光纖(11)的左端通過光纖之間的熔接相連接；該光纖光柵(10)對(duì)泵浦光高透，對(duì)基頻光高反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的倍頻裝置(3)由左光纖插針(12)、第一自聚焦透鏡(13)、倍頻晶體(14)、第二自聚焦透鏡(15)和右光纖插針(16)組成，自左向右順次位于同一準(zhǔn)直光路上，其中前端雙包層光纖裝置(2)中的第一雙包層光纖(11)插入左光纖插針(12)且光纖端面緊貼第一自聚焦透鏡(13)，左光纖插針(12)的右端面和第一自聚焦透鏡(13)的左端面粘貼，第一自聚焦透鏡(13)右端面緊貼倍頻晶體(14)的左端面，倍頻晶體(14)的右端面緊貼第二自聚焦透鏡(15)左端面，第二自聚焦透鏡(15)的右端面和右光纖插針(16)的左端面粘貼；其中倍頻晶體(14)是對(duì)基頻光波長(zhǎng)相位匹配或準(zhǔn)相位匹配的非線性晶體，指磷酸氧鈦鉀KTP、β-硼酸鋇BBO、三硼酸鋰LBO、周期性極化的磷酸氧鈦鉀PPKTP晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的末端雙包層光纖裝置(4)由第二雙包層光纖(17)及雙色片(18)組成，其中第二雙包層光纖(17)的左端插入倍頻裝置(3)中的右光纖插針(16)，且光纖端面緊貼第二自聚焦透鏡(15)；第二雙包層光纖(17)的右端通過光纖調(diào)節(jié)架調(diào)節(jié)緊貼雙色片(18)的表面；該雙色片(18)鍍對(duì)泵浦光、倍頻光的高透膜，對(duì)基頻光高反膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的末端泵浦光輸出裝置(5)由半導(dǎo)體激光器電源(19)及具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊(20)構(gòu)成，半導(dǎo)體激光器電源(19)與具有準(zhǔn)直輸出的半導(dǎo)體激光器模塊(20)相連接，末端泵浦光輸出裝置(5)輸出的泵浦光中心波長(zhǎng)與第二雙包層光纖(17)纖芯材料的峰值吸收波長(zhǎng)相一致，并且與前端泵浦光輸出裝置(1)輸出的泵浦光中心波長(zhǎng)相一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的耦合輸出裝置(6)由光學(xué)耦合透鏡組(21)及二色鏡(22)組成的，其中光學(xué)耦合透鏡組(21)后設(shè)置二色鏡(22)，兩者在同一準(zhǔn)直光路上，該二色鏡(22)鍍對(duì)泵浦光的高反膜、對(duì)倍頻光的高透膜，以45°傾角放置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述第一雙包層光纖(11)和第二雙包層光纖(17)是具有相同參數(shù)的雙包層光纖，纖芯均為摻雜鐿離子Yb3+的晶體或玻璃，內(nèi)包層的橫截面外形是矩形或D形。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，其特征在于，所述的倍頻晶體(14)是對(duì)基頻光波長(zhǎng)相位匹配或準(zhǔn)相位匹配的非線性晶體，倍頻晶體(14)的左端面鍍對(duì)泵浦光、基頻光的高透膜，對(duì)倍頻光高反的介質(zhì)膜，右端面鍍對(duì)泵浦光、基頻光、倍頻光的高透膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙面泵浦腔內(nèi)倍頻雙包層綠光光纖激光器，由前端泵浦光輸出裝置、前端雙包層光纖裝置、倍頻裝置、末端雙包層光纖裝置、末端泵浦光輸出裝置、耦合輸出裝置構(gòu)成。前端泵浦光輸出裝置與前端雙包層光纖裝置通過光纖之間的熔接相連接；前端雙包層光纖裝置、倍頻裝置和末端雙包層光纖裝置依次通過光纖相連接，并組成諧振腔；末端雙包層光纖裝置之后設(shè)置耦合輸出裝置，倍頻激光束通過耦合輸出裝置準(zhǔn)直輸出；末端泵浦光輸出裝置設(shè)置在耦合輸出裝置的正上方。本發(fā)明提高了雙包層光纖對(duì)泵浦光的吸收效率，并使用腔內(nèi)倍頻技術(shù)提高了倍頻效率，得到大功率的倍頻激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK1877928SQ20061004306
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者白晉濤 申請(qǐng)人:西北大學(xué)