專利名稱：一種綠光光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種綠光光纖激光器。
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范圍較小，因而使用各種頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)來對其頻率進(jìn)行擴(kuò)展成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。綠光光纖激光器出射的532nm激光是由在摻鐿光纖中激發(fā)振蕩出的近紅外光經(jīng)過非線性光學(xué)晶體倍頻產(chǎn)生的。倍頻方式包括腔內(nèi)倍頻和腔外倍頻兩種，其中腔內(nèi)倍頻可以利用諧振腔內(nèi)功率密度大的優(yōu)點(diǎn)，這種倍頻方式已經(jīng)被固體激光器全面采用，但是對于光纖激光器應(yīng)用還不多。而采用腔外倍頻方式的光纖激光器存在倍頻效率低的問題，因此光纖激光器采用該倍頻方式產(chǎn)生高功率的綠光都存在一定難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種獲得綠光光纖激光器的方案，提高了綠光的輸出功率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種綠光光纖激光器，包括前置的泵浦系統(tǒng)、諧振腔以及輸出系統(tǒng)。所述諧振腔由增益系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)組成。所述增益系統(tǒng)包括相互連接的光纖光柵、增益光纖以及無源光纖，光纖光柵通過光纖與泵浦系統(tǒng)連接。所述倍頻系統(tǒng)包括依次排列的聚焦透鏡組、布魯斯特偏振片、倍頻晶體以及設(shè)置于倍頻晶體前的1064nm濾波片、設(shè)置于倍頻晶體后的短波通濾波片，從無源光纖輸出的光束通過聚焦透鏡組進(jìn)入到倍頻系統(tǒng)，經(jīng)短波通濾波片進(jìn)入輸出系統(tǒng)，經(jīng)整形后輸出。諧振腔由增益系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)組成，其中，增益系統(tǒng)前端的光纖光柵和倍頻系統(tǒng)后端的短波通濾波片組成諧振腔腔鏡。泵浦系統(tǒng)發(fā)射出980nm的泵浦光通過光纖光柵進(jìn)入增益系統(tǒng)，激發(fā)振蕩后產(chǎn)生1064nm的近紅外激光經(jīng)過無源光纖輸出到倍頻系統(tǒng)，經(jīng)過聚焦透鏡組的聚焦和布魯斯特偏振片的起偏后進(jìn)入倍頻晶體，倍頻產(chǎn)生532nm的綠色激光。 532nm激光經(jīng)短波通濾波片進(jìn)入輸出系統(tǒng)，經(jīng)整形后輸出；未被充分利用的1064nm激光被短波通濾波片反射回諧振腔，并經(jīng)過晶體和聚焦透鏡組的耦合進(jìn)入無源光纖，再次進(jìn)入增益系統(tǒng)，1064nm濾波片則將逆向產(chǎn)生的532nm激光反射輸出。本方案中，所述泵浦系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器和為半導(dǎo)體激光器供電的電源，泵浦系統(tǒng)通過半導(dǎo)體激光器的尾纖與光纖光柵之間的熔接與增益系統(tǒng)連接。優(yōu)選地，所述光纖光柵、增益光纖以及無源光纖相互熔接，保證實現(xiàn)各光纖之間的模場匹配，從而減少熔接損耗。優(yōu)選地，所述光纖光柵為布拉格光纖光柵。光纖光柵具有體積小、波長選擇性好、 不受非線性效應(yīng)影響、極化不敏感、易于與光纖系統(tǒng)連接、便于使用和維護(hù)，且?guī)挿秶?、附加損耗小、器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特性，而且光纖光柵制作工藝比較成熟，易于形成規(guī)模生產(chǎn)，成本低，因此它具有良好的實用性。布拉格光纖光柵對半導(dǎo)體激光器發(fā)出的泵浦光高通，對于諧振腔內(nèi)產(chǎn)生的1064nm激光高反；而短波通濾波片則對532nm激光高通，對1064nm激光高反。優(yōu)選地，所述增益光纖為摻鐿雙包層光纖，該包層形狀為D形、矩形和多邊形中的一種。雙包層結(jié)構(gòu)可以保證光束質(zhì)量的提前下增加泵浦效率。摻鐿雙包層光纖技術(shù)發(fā)展迅速，是迄今制作大功率光纖激光器的主流材料，與傳統(tǒng)單包層光纖相比有以下優(yōu)點(diǎn)大大提高了泵浦光的耦合效率；大大提高了可入纖泵浦功率，從而可得到大的輸出功率；對泵浦光的單模特性不再有要求，擴(kuò)大了泵浦光源的選擇范圍。參考實際的設(shè)計效果發(fā)現(xiàn)，內(nèi)包層的形狀是影響泵浦效率的一個重要參數(shù)，不同的內(nèi)包層形狀使得泵浦光穿越纖芯的次數(shù)不同，從而導(dǎo)致泵浦效率的較大差異。優(yōu)選地，所述增益光纖材料的吸收波長與半導(dǎo)體激光器輸出的泵浦光束波長一致。其中，所述半導(dǎo)體激光器輸出的泵浦光束波長為980nm。 優(yōu)選地，所述無源光纖為單模光纖。單模光纖中心玻璃芯很細(xì)(芯徑一般為9或10 微米左右)，只能傳一種模式的光，其模間色散小，有利于光束進(jìn)入倍頻系統(tǒng)時減少色散。優(yōu)選地，所述布魯斯特偏振片的起偏方向與倍頻晶體的厚度方向一致，保證利用晶體的最大非線性系數(shù)，提高晶體倍頻效率。優(yōu)選地，所述倍頻晶體為準(zhǔn)相位匹配的周期性極化鈮酸鋰晶體，即PPLN晶體。其中，晶體的極化周期必須與基頻光的波長相匹配。準(zhǔn)相位匹配是非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換的一種重要技術(shù)。非線性頻率轉(zhuǎn)化中要求動量守恒，在普通非線性晶體中由于色散的存在較難實現(xiàn)，特別是同時多個非線性相互作用時，而非線性周期性結(jié)構(gòu)提供的倒格矢則能較容易地實現(xiàn)相位匹配。通過在非線性介質(zhì)中構(gòu)造周期性的結(jié)構(gòu)(非線性光子晶體)，它能有效的實現(xiàn)非線性頻率轉(zhuǎn)換。相對通常的臨界相位匹配(溫度匹配、角度匹配)，這種方法稱為準(zhǔn)相位匹配，它能更容易利用較大的非線性系數(shù)。作為改進(jìn)，所述倍頻系統(tǒng)還包括對倍頻晶體進(jìn)行溫控的晶體溫控爐。晶體溫控爐對倍頻晶體進(jìn)行溫度控制，以實現(xiàn)倍頻效率的最大化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明綠光光纖激光器在諧振腔內(nèi)設(shè)置增益系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)，利用腔內(nèi)倍頻的方式， 大大提高了倍頻效率，從而提高了綠光的輸出功率。


圖1為本發(fā)明綠光光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1所示為本發(fā)明綠光光纖激光器的實施例，包括前置的泵浦系統(tǒng)10、諧振腔 20以及輸出系統(tǒng)30。諧振腔20由增益系統(tǒng)21和倍頻系統(tǒng)22組成。增益系統(tǒng)21包括相互連接的光纖光柵211、增益光纖212以及無源光纖213，光纖光柵211通過光纖與泵浦系統(tǒng)10連接。倍頻系統(tǒng)22包括依次排列的聚焦透鏡組221、布魯斯特偏振片222、倍頻晶體224以及設(shè)置于倍頻晶體2 前的1064nm濾波片223、設(shè)置于倍頻晶體2 后的短波通濾波片225。從無源光纖213輸出的光束通過聚焦透鏡組221進(jìn)入到倍頻系統(tǒng)22，經(jīng)短波通濾波片225進(jìn)入輸出系統(tǒng)30，經(jīng)整形后輸出。其中，泵浦系統(tǒng)10包括半導(dǎo)體激光器11和為半導(dǎo)體激光器11供電的電源12，泵浦系統(tǒng)10通過半導(dǎo)體激光器11的尾纖與光纖光柵211 之間的熔接與增益系統(tǒng)21連接。諧振腔20由增益系統(tǒng)21和倍頻系統(tǒng)22組成。其中，增益系統(tǒng)21前端的光纖光柵211和倍頻系統(tǒng)22后端的短波通濾波片225組成諧振腔20腔鏡。泵浦系統(tǒng)10發(fā)射出 980nm的泵浦光通過光纖光柵211進(jìn)入增益系統(tǒng)21，激發(fā)振蕩后產(chǎn)生1064nm的近紅外激光經(jīng)過無源光纖213輸出到倍頻系統(tǒng)22，經(jīng)過聚焦透鏡組221的聚焦和布魯斯特偏振片222 的起偏后進(jìn)入倍頻晶體224，倍頻產(chǎn)生532nm的綠色激光，532nm激光經(jīng)短波通濾波片225 進(jìn)入輸出系統(tǒng)30，經(jīng)整形后輸出。未被充分利用的1064nm激光被短波通濾波片225反射回諧振腔20，并經(jīng)過晶體和聚焦透鏡組221的耦合進(jìn)入無源光纖213，再次進(jìn)入增益系統(tǒng)21， 1064nm濾波片223則將逆向產(chǎn)生的532nm激光反射輸出。本實施例綠光光纖激光器在諧振腔20內(nèi)設(shè)置增益系統(tǒng)21和倍頻系統(tǒng)22，通過二次諧波振蕩，利用腔內(nèi)倍頻的方式，大大提高了倍頻效率，從而提高了綠光的輸出功率。為了保證實現(xiàn)各光纖之間的模場匹配，以減少熔接損耗，采用優(yōu)選方式，光纖光柵 211、增益光纖212以及無源光纖213相互熔接，
光纖光柵211為布拉格光纖光柵。光纖光柵體具有積小、波長選擇性好、不受非線性效應(yīng)影響、極化不敏感、易于與光纖系統(tǒng)連接、便于使用和維護(hù)，且?guī)挿秶?、附加損耗小、 器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特性，而且光纖光柵制作工藝比較成熟，易于形成規(guī)模生產(chǎn)，成本低，因此它具有良好的實用性。布拉格光纖光柵對半導(dǎo)體激光器11發(fā)出的泵浦光高通，對于諧振腔20內(nèi)產(chǎn)生的1064nm激光高反；而短波通濾波片225 則對532nm激光高通，對1064nm激光高反。增益光纖212為摻鐿雙包層光纖，該包層形狀為D形、矩形和多邊形中的一種。雙包層結(jié)構(gòu)可以保證光束質(zhì)量的提前下增加泵浦效率。摻鐿雙包層光纖技術(shù)發(fā)展迅速，是迄今制作大功率光纖激光器的主流材料，與傳統(tǒng)單包層光纖相比有以下優(yōu)點(diǎn)大大提高了泵浦光的耦合效率；大大提高了可入纖泵浦功率，從而可得到大的輸出功率；對泵浦光的單模特性不再有要求，擴(kuò)大了泵浦光源的選擇范圍。參考實際的設(shè)計效果發(fā)現(xiàn)，內(nèi)包層的形狀是影響泵浦效率的一個重要參數(shù)，不同的內(nèi)包層形狀使得泵浦光穿越纖芯的次數(shù)不同，從而導(dǎo)致泵浦效率的較大差異。其中，增益光纖212材料的吸收波長與半導(dǎo)體激光器11輸出的泵浦光束波長一致，其中，半導(dǎo)體激光器11輸出的泵浦光束波長為980nm ；無源光纖213為單模光纖，便于光束進(jìn)入倍頻系統(tǒng)22時減少色散；布魯斯特偏振片222的起偏方向與倍頻晶體2M的厚度方向一致，保證利用晶體的最大非線性系數(shù)，提高晶體倍頻效率。倍頻晶體224為準(zhǔn)相位匹配的周期性極化鈮酸鋰晶體，即PPLN晶體。其中，晶體的極化周期必須與基頻光的波長相匹配。準(zhǔn)相位匹配是非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換的一種重要技術(shù)。非線性頻率轉(zhuǎn)化中要求動量守恒，在普通非線性晶體中由于色散的存在較難實現(xiàn)，特別是同時多個非線性相互作用時，而非線性周期性結(jié)構(gòu)提供的倒格矢則能較容易地實現(xiàn)相位匹配。通過在非線性介質(zhì)中構(gòu)造周期性的結(jié)構(gòu)(非線性光子晶體)，它能有效的實現(xiàn)非線性頻率轉(zhuǎn)化。相對通常的臨界相位匹配(溫度匹配、角度匹配)，這種方法稱為準(zhǔn)相位匹配，它能更容易利用較大的非線性系數(shù)。作為本實施例的進(jìn)一步改進(jìn)，倍頻系統(tǒng)22還包括對倍頻晶體2M進(jìn)行溫控的晶體溫控爐226。晶體溫控爐2 對倍頻晶體2M進(jìn)行溫度控制，以實現(xiàn)倍頻效率的最大化。采用以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計出來的綠光光纖激光器在保證基模輸出的情況下可以產(chǎn)生 5W的532nm激光。532nm綠光光纖激光器因其輸出光束質(zhì)量高、散熱性能好以及體積小等特點(diǎn)，與現(xiàn)在市面上占主要地位的全固態(tài)綠光激光器相比，具有明顯的優(yōu)勢。532nm綠光光纖激光器可應(yīng)用在醫(yī)學(xué)診斷與治療、工業(yè)加工、軍事技術(shù)、大屏幕彩色顯示以及作為飛秒摻鈦藍(lán)寶石激光器和光參量振蕩器的泵浦源等方面，是一種前沿的激光器件。
權(quán)利要求
1.一種綠光光纖激光器，包括前置的泵浦系統(tǒng)(10)、諧振腔(20)以及輸出系統(tǒng)(30)， 其特征在于所述諧振腔由增益系統(tǒng)(21)和倍頻系統(tǒng)(22)組成，所述增益系統(tǒng)包括相互連接的光纖光柵(211)、增益光纖(212)以及無源光纖(213)，光纖光柵通過光纖與泵浦系統(tǒng)連接，所述倍頻系統(tǒng)包括依次排列的聚焦透鏡組(221)、布魯斯特偏振片(222)、倍頻晶體(224)以及設(shè)置于倍頻晶體前的1064nm濾波片(223)、設(shè)置于倍頻晶體后的短波通濾波片(225)，從無源光纖輸出的光束通過聚焦透鏡組進(jìn)入到倍頻系統(tǒng)，經(jīng)短波通濾波片進(jìn)入輸出系統(tǒng)，經(jīng)整形后輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述泵浦系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光器(11)和為半導(dǎo)體激光器供電的電源(12)，泵浦系統(tǒng)通過半導(dǎo)體激光器的尾纖與光纖光柵之間的熔接與增益系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述光纖光柵、增益光纖以及無源光纖相互熔接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述光纖光柵為布拉格光纖光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述增益光纖為摻鐿雙包層光纖，該包層形狀為D形、矩形和多邊形中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述增益光纖材料的吸收波長與半導(dǎo)體激光器輸出的泵浦光束波長一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述半導(dǎo)體激光器輸出的泵浦光束波長為980nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述無源光纖為單模光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述布魯斯特偏振片的起偏方向與倍頻晶體的厚度方向一致。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述倍頻晶體為準(zhǔn)相位匹配的周期性極化鈮酸鋰晶體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一所述的綠光光纖激光器，其特征在于所述倍頻系統(tǒng)還包括對倍頻晶體進(jìn)行溫控的晶體溫控爐(2 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種綠光光纖激光器，包括前置的泵浦系統(tǒng)、諧振腔以及輸出系統(tǒng)。所述諧振腔由增益系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)組成。所述增益系統(tǒng)包括相互連接的光纖光柵、增益光纖以及無源光纖，光纖光柵通過光纖與泵浦系統(tǒng)連接。所述倍頻系統(tǒng)包括依次排列的聚焦透鏡組、布魯斯特偏振片、倍頻晶體以及設(shè)置于倍頻晶體前的1064nm濾波片、設(shè)置于倍頻晶體后的短波通濾波片，從無源光纖輸出的光束通過聚焦透鏡組進(jìn)入到倍頻系統(tǒng)，經(jīng)短波通濾波片進(jìn)入輸出系統(tǒng)，經(jīng)整形后輸出。本發(fā)明綠光光纖激光器在諧振腔內(nèi)設(shè)置增益系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)，利用腔內(nèi)倍頻的方式，大大提高了倍頻效率，從而提高了綠光的輸出功率。
文檔編號H01S3/067GK102332677SQ20111030255
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者蘇秉華, 蔡波, 薛竣文 申請人:深圳市達(dá)為光電科技有限公司