專利名稱：超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器。
背景技術(shù)：
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現(xiàn)，成本較高；利用差頻振蕩法只能實現(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)相對簡単，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是體積龐大，使用不方便。針對以上幾種實現(xiàn)中紅外激光的方法的特點，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エ藝水平的限制，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。目前利用ニ元硫系玻璃材料光纖產(chǎn)生中紅外超連續(xù)譜激光也有所報道，但其激勵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，不能實現(xiàn)大功率的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。因此，當(dāng)下需要迫切解決的ー個技術(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，具體包括脈沖光纖激光器、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)譜激光作為激勵源，激勵硫系玻璃光纖，產(chǎn)生波長為200(T5000nm的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。進(jìn)ー步地，所述的超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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。進(jìn)ー步地，所述脈沖光纖激光器根據(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。進(jìn)ー步地，所述放大級根據(jù)需要輸出的超連續(xù)譜的波長和功率，選擇ー級或多級放大結(jié)構(gòu)，所采用的増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。 進(jìn)ー步地，所述放大級根據(jù)自身所采用的増益光纖的材料確定自身所采用的半導(dǎo)體激光器激勵源的波長。進(jìn)ー步地，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。進(jìn)ー步地，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，所述硫系玻璃光纖為普通單包層單模光纖。進(jìn)ー步地,當(dāng)所述硫系玻璃光纖材料色散的零色散波長大于2300nm時,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)。進(jìn)ー步地，所述的超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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。綜上，本發(fā)明所述的方案中使用超連續(xù)激光光源激勵硫系玻璃光纖產(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，エ藝非常簡單，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，可以實現(xiàn)高耦合效率的中紅外超連續(xù)譜激光輸出。


圖I是本發(fā)明的實施例I的ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2是本發(fā)明的實施例2的ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器的結(jié)構(gòu)不意圖；圖3是本發(fā)明的具體實施方式
中所述的硫系玻璃光纖的錐形結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的具體實施方式
中所述的硫系玻璃光纖的帶有空氣孔的光子晶體光纖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式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，因此本發(fā)明實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。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。實施例I :如圖I所示，ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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。本實施例中，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。本實施例中，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。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之間熔接一段熔點匹配光纖，以減小熔點損耗和提高耦合效率。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吋，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吋，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)。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。實施例2 如圖2所示，ー種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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。本實施例中，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。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吋，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吋，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)。補充說明的，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。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。同時，放大級2根據(jù)需要輸出的超連續(xù)譜的波長和功率，選擇ー級或多級放大結(jié)構(gòu)，所采用的増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。具體的，放大級2根據(jù)自身所采用的増益光纖不同，放大級根據(jù)自身所采用的半導(dǎo)體激光器激勵源波長也不同。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)。同時，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。本發(fā)明提供的超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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)譜激光作為激勵源激勵硫系玻璃光纖可以實現(xiàn)高功率(幾十瓦)的中紅外波段的超連續(xù)譜激光。此外，本發(fā)明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，具有很大的實用性。以上對本發(fā)明所提供的超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依 據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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)譜激光作為激勵源，激勵硫系玻璃光纖，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，所述放大級根據(jù)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，其特征在于，所述放大級根據(jù)自身所采用的增益光纖的材料確定自身所采用的半導(dǎo)體激光器激勵源的波長。
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，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，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。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(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)譜激光作為激勵源，激勵一段錐形結(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。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超連續(xù)譜光源激勵的中紅外超連續(xù)譜光纖激光器，用以實現(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H01S3/094GK102820606SQ20121027618
公開日2012年12月12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)