專利名稱：小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉倍頻光纖激光器，特別是一種小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量好且成本低廉的可見(jiàn)光激光器在顯示、醫(yī)療器械、水下通信等許多領(lǐng)域都有著大量的需求。一般可見(jiàn)光激光是通過(guò)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)腔內(nèi)或腔外倍頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，腔內(nèi)倍頻雖具有較高的轉(zhuǎn)化效率，但結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本很高；腔外單通倍頻雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是轉(zhuǎn)化效率低，且兩者都要經(jīng)過(guò)復(fù)雜激光調(diào)試，結(jié)構(gòu)龐大，機(jī)械穩(wěn)定性不好，不能滿足大批工業(yè)化生產(chǎn)的要求。光纖激光器具有轉(zhuǎn)化效率高、光束質(zhì)量，熱管理方便、結(jié)構(gòu)緊湊、便于維修等優(yōu)點(diǎn)，能夠獲得高功率和高光束質(zhì)量的激光輸出?！?zhǔn)相位匹配的波導(dǎo)型結(jié)構(gòu)的周期性極倍頻晶體，可以最大限度的利用晶體的非線性系數(shù)，將光束縛在波導(dǎo)內(nèi)，使光經(jīng)長(zhǎng)距離傳播后仍能保持高功率密度，具有很高單程轉(zhuǎn)化效率，并且可以與光纖激光器的光纖結(jié)構(gòu)很好的匹配，實(shí)現(xiàn)全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。2009年，Kiyohide等用平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的PPLN得到40%的倍頻效率。2008年，Hong Ky Nguyen等用橋型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的PPLN得到72. 9%倍頻效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，該激光器為全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換效率高、方便實(shí)用等特點(diǎn)。采用波長(zhǎng)為λ窄譜寬線偏振的光纖激光器作為基頻光源，以波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體為倍頻晶體，采用光纖纖芯和倍頻晶體波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)的方式，將基頻激光耦合進(jìn)周期性倍頻晶體的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，在周期性極化倍頻晶體波導(dǎo)的另一端，同樣通過(guò)波導(dǎo)與傳輸光纖纖芯直接對(duì)準(zhǔn)固定的方式，將倍頻可見(jiàn)激光耦合入傳輸光纖，溫控爐用于控制周期性極化倍頻晶體的工作溫度，以獲得基頻光到倍頻可見(jiàn)光的高效率頻率轉(zhuǎn)換，通過(guò)光纖輸出的經(jīng)過(guò)倍頻的光最后通過(guò)準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)得到純凈的準(zhǔn)直的可見(jiàn)光激光，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成依次包括光纖激光器、保偏光隔離器、第一傳輸光纖、周期性極化倍頻晶體、第二傳輸光纖、和準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)，所述的周期性極化倍頻晶體置于溫控爐中，所述的第一傳輸光纖的纖芯和所述的周期性極化倍頻晶體的波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)固定，該周期性極化倍頻晶體的波導(dǎo)的另一端與第二傳輸光纖纖芯直接對(duì)準(zhǔn)固定，所述的光纖激光器是激光波長(zhǎng)為λ的線偏振輸出的光纖激光器，所述的周期性極化倍頻晶體為帶有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)為λ的倍頻晶體，光纖激光器的線偏振基頻光通過(guò)保偏光隔離器后，通過(guò)第一傳輸光纖的纖芯和所述的周期性極化倍頻晶體的波導(dǎo)將基頻光耦合到周期性極化倍頻晶體的波導(dǎo)中，經(jīng)周期性極化倍頻晶體倍頻后，倍頻的可見(jiàn)激光稱合入第二傳輸光纖，并通過(guò)準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)準(zhǔn)直輸出。
所述的光纖激光器為激光波長(zhǎng)為λ的線偏振、窄譜寬輸出的光纖激光器,是輸出激光在I微米波段的摻鐿光纖激光器，或輸出激光在I. 5微米波段的摻鉺光纖激光器或鉺鐿共摻光纖激光器。所述的周期性極化倍頻晶體的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)為λ與光纖激光器的輸出波長(zhǎng)相匹配，波導(dǎo)的直徑和數(shù)值孔徑與傳輸光纖的線芯直徑和數(shù)值孔徑相匹配。所述的周期性極化倍頻晶體的兩個(gè)通光端面均鍍有對(duì)波長(zhǎng)λ和λ /2的減反膜。所述的周期性極化倍頻晶體為周期性極化鈮酸鋰晶體、摻氧化鎂的周期性極化鈮酸鋰晶體、周期性極化鉭酸鋰晶體、或摻氧化鎂的周期性極化鉭酸鋰晶體。所述的保偏光隔離器為工作波長(zhǎng)覆蓋光纖激光器輸出波長(zhǎng)λ的光隔離器,其輸入和輸出光纖均為偏振保持型傳輸光纖。
所述的溫控爐是在一定的溫度范圍內(nèi)精確溫度控制的溫控爐，周期性極化倍頻晶體置于溫控爐中，通過(guò)設(shè)定溫控爐的溫度，以確保周期性極化倍頻晶體工作在最佳工作溫度狀態(tài)，以獲得基頻光到倍頻可見(jiàn)光的高效率頻率轉(zhuǎn)換。所述的傳輸光纖的輸出端面與周期性極化倍頻晶體輸入端面緊靠但不接觸，光纖纖芯與晶體波導(dǎo)精確對(duì)準(zhǔn)，且偏振方向相匹配；所述的第一傳輸光纖和周期性極化倍頻晶體的位置采用光學(xué)膠合的方法或熔接方法固定。所述的第二傳輸光纖為保偏型傳輸光纖，或非保偏型傳輸光纖；所述的第二傳輸光纖的輸入端面與所述的周期性極化倍頻晶體輸出端面緊靠但不接觸，所述的周期性極化倍頻晶體的晶體波導(dǎo)與所述的第二傳輸光纖的光纖纖芯精確對(duì)準(zhǔn)，波導(dǎo)的直徑和數(shù)值孔徑與傳輸光纖的線芯直徑和數(shù)值孔徑相匹配；第二傳輸光纖和周期性極化倍頻晶體的位置采用光學(xué)膠合的方法或熔接方法固定。所述的準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)用來(lái)對(duì)倍頻后的波長(zhǎng)為λ/2的可見(jiàn)激光進(jìn)行準(zhǔn)直，其由準(zhǔn)直透鏡和濾光片組合而成，準(zhǔn)直透鏡兩面均鍍對(duì)波長(zhǎng)λ /2的減反膜，濾光片以40 50°的角度放置，且在該角度下鍍有對(duì)基頻光λ全反、倍頻光λ/2高透的雙色膜，用于倍頻光與基頻光的分離。本發(fā)明的技術(shù)效果在本發(fā)明中采用窄譜寬、線偏振光纖激光器熔接隔離器，實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量，高偏振消光比的紅外激光輸出。在本發(fā)明中，通過(guò)采用帶有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)為λ的周期性極化倍頻晶體，通過(guò)傳輸光纖的纖芯和倍頻晶體的波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)固定，將基頻光耦合到周期性極化倍頻晶體的波導(dǎo)中。溫控爐用于控制周期性極化倍頻晶體的工作溫度，以獲得基頻光到倍頻可見(jiàn)光的高效率頻率轉(zhuǎn)換，在周期性極化倍頻晶體波導(dǎo)的另一端，同樣通過(guò)波導(dǎo)與傳輸光纖纖芯直接對(duì)準(zhǔn)固定的方式，將倍頻可見(jiàn)激光耦合入傳輸光纖，簡(jiǎn)單高效的通過(guò)全波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)紅外基頻光向倍頻可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換。在本發(fā)明中，通過(guò)采用溫控爐用于控制周期性極化倍頻晶體的工作溫度，以獲得基頻光到倍頻可見(jiàn)光的高效率頻率轉(zhuǎn)換。通過(guò)采用有準(zhǔn)直透鏡和濾光片組合準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)，來(lái)獲得純凈的準(zhǔn)直的可見(jiàn)光激光。


圖I為本發(fā)明的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖I為本發(fā)明小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器包括作為基頻光源的光纖激光器I、用于倍頻的周期性極化倍頻晶體4、用于防止回光對(duì)激光器造成傷害的保偏光隔離器2、控制倍頻晶體工作在最佳工作溫度的溫控爐5、第一傳輸光纖3和第二傳輸光纖6、用于對(duì)倍頻光進(jìn)行準(zhǔn)直以及倍頻光與基頻光進(jìn)行分離的準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)7。所述各部分的關(guān)系是光纖激光器I產(chǎn)生線偏振、窄譜寬的波長(zhǎng)為λ基頻激光，經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)為λ保偏隔離器后，通過(guò)第一傳輸光纖的纖芯和倍頻晶體的波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)固定的方式，耦合入周期性極化倍頻晶體4的波導(dǎo)中，溫控爐5用于控制周期性極化倍頻晶體工作在最佳基頻光到倍頻可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換溫度，在倍頻晶體4的另一端同樣通 過(guò)波導(dǎo)4與傳輸光纖纖芯6直接對(duì)準(zhǔn)固定的方式，將輸出的可見(jiàn)激光耦合入傳輸光纖6中，最后經(jīng)過(guò)倍頻的光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)的準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，經(jīng)濾光片輸出純凈的倍頻可見(jiàn)激光。列舉一個(gè)具體實(shí)施例的物理參數(shù)如下如圖I所示，所述的光纖激光器I為線偏振、窄譜寬輸出的連續(xù)光纖激光器，中心波長(zhǎng)在1064nm,經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)為1064nm輸入輸出端尾纖均為PM980的保偏隔離器后,輸出激光功率達(dá)1W,第一傳輸光纖3、第二傳輸光纖6的參數(shù)分別為PM980、PM460,隔離器的輸出端尾纖與第一傳輸光纖3相熔接，周期性極化倍頻晶體采用平面型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)5%Mg0:PPLN，晶體的長(zhǎng)度為18mm,寬度為5mm,厚度為Imm,兩邊鍍有1064nm和532nm的減反膜,傳輸光纖3輸出光纖端面與周期性極化倍頻晶體4輸入端面緊靠但不接觸，光纖纖芯與晶體波導(dǎo)精確對(duì)準(zhǔn)，且偏振方向相匹配，在周期性極化倍頻晶體4的另一端，同樣采用波導(dǎo)與傳輸光纖6纖芯直接對(duì)準(zhǔn)固定的方式，將倍頻可見(jiàn)激光耦合入PM460的第二傳輸光纖6。溫控爐5控制周期性極化波導(dǎo)型倍頻晶體PPLN在14. 7°C，溫度的控制精度為±0. 1°C，傳輸光纖6與準(zhǔn)直系統(tǒng)7相連接，準(zhǔn)直系統(tǒng)7是由焦距為20mm的準(zhǔn)直透鏡和雙色片(1064nm光通過(guò)率為9. 6307%, 532nm光透過(guò)率為93. 656%)組成，準(zhǔn)直透鏡與光纖輸出端之間的距離為20mm，準(zhǔn)直透鏡軸線和倍頻光的傳輸方向在一條直線上，保證輸出的光為準(zhǔn)直光，雙色片在準(zhǔn)直透鏡之后20mm處，與光路成45°放置，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直的光打在雙色片的中央?yún)^(qū)域，當(dāng)輸出的1064nm的基頻光功率為O. 91w時(shí)，得到的346mw的可見(jiàn)光激光輸出，倍頻轉(zhuǎn)化效率為38%。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明采用以光纖激光器為基頻光源，以波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體為倍頻器件，采用光纖纖芯和倍頻晶體波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)的耦合方式，構(gòu)成了一種光纖化輸出小型可見(jiàn)光倍頻激光器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定，高效的得到可見(jiàn)光激光輸出。
權(quán)利要求
1.一種小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，特征在于其構(gòu)成依次包括光纖激光器(I)、保偏光隔離器(2 )、第一傳輸光纖(3 )、周期性極化倍頻晶體(4 )、第二傳輸光纖(6 )、和準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)(7)，所述的周期性極化倍頻晶體(4)置于溫控爐(5)中，所述的第一傳輸光纖(3)的纖芯和所述的周期性極化倍頻晶體(4)的波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)固定，該周期性極化倍頻晶體(4)的波導(dǎo)的另一端與第二傳輸光纖(6)纖芯直接對(duì)準(zhǔn)固定，所述的光纖激光器(I)是激光波長(zhǎng)為λ的線偏振輸出的光纖激光器，所述的周期性極化倍頻晶體(4)為帶有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)為λ的倍頻晶體，光纖激光器(I)的線偏振基頻光通過(guò)保偏光隔離器(2)后，通過(guò)第一傳輸光纖(3)的纖芯和所述的周期性極化倍頻晶體(4)的波導(dǎo)將基頻光耦合到周期性極化倍頻晶體(4)的波導(dǎo)中，經(jīng)周期性極化倍頻晶體(4)倍頻后，倍頻的可見(jiàn)激光耦合入第二傳輸光纖(6),并通過(guò)準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)(7)準(zhǔn)直輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的光纖激光器(I)為激光波長(zhǎng)為λ的線偏振、窄譜寬輸出的光纖激光器,是輸出激光在I微米波段的摻鐿光纖激光器，或輸出激光在I. 5微米波段的摻鉺光纖激光器或鉺鐿共摻光纖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的周期性極化倍頻晶體(4)的準(zhǔn)相位匹配波長(zhǎng)為λ與光纖激光器(I)的輸出波長(zhǎng)相匹配，其波導(dǎo)的直徑和數(shù)值孔徑與傳輸光纖(3)的線芯直徑和數(shù)值孔徑相匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的周期性極化倍頻晶體(4)的兩個(gè)通光端面均鍍有對(duì)波長(zhǎng)λ和λ/2的減反膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的周期性極化倍頻晶體(4)為周期性極化鈮酸鋰晶體、摻氧化鎂的周期性極化鈮酸鋰晶體、周期性極化鉭酸鋰晶體、或摻氧化鎂的周期性極化鉭酸鋰晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的保偏光隔離器(2)為工作波長(zhǎng)覆蓋光纖激光器輸出波長(zhǎng)λ的光隔離器,其輸入和輸出光纖均為偏振保持型傳輸光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的溫控爐(5)是在一定的溫度范圍內(nèi)精確溫度控制的溫控爐，通過(guò)設(shè)定溫控爐(4)的溫度，以確保周期性極化倍頻晶體(4)工作在最佳工作溫度狀態(tài)，以獲得基頻光到倍頻可見(jiàn)光的高效率頻率轉(zhuǎn)換。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的傳輸光纖(3)的輸出端面與周期性極化倍頻晶體(4)輸入端面緊靠但不接觸，光纖纖芯與晶體波導(dǎo)精確對(duì)準(zhǔn)，且偏振方向相匹配；所述的第一傳輸光纖(3)和周期性極化倍頻晶體(4)的位置采用光學(xué)膠合的方法或熔接方法固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的第二傳輸光纖(6)為保偏型傳輸光纖，或非保偏型波長(zhǎng)為λ /2傳輸光纖；所述的第二傳輸光纖(6)的輸入端面與所述的周期性極化倍頻晶體(4)輸出端面緊靠但不接觸，所述的周期性極化倍頻晶體(4)的晶體波導(dǎo)與所述的第二傳輸光纖(6)的光纖纖芯精確對(duì)準(zhǔn)，波導(dǎo)的直徑和數(shù)值孔徑與傳輸光纖(3)的線芯直徑和數(shù)值孔徑相匹配；第二傳輸光纖(6)和周期性極化倍頻晶體(4)的位置采用光學(xué)膠合的方法或熔接方法固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其特征在于所述的準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)(7)用來(lái)對(duì)倍頻后的波長(zhǎng)為λ/2的可見(jiàn)激光進(jìn)行準(zhǔn)直，其由準(zhǔn)直透鏡(8)和濾光片(9)組 合而成，準(zhǔn)直透鏡(8)兩面均鍍對(duì)波長(zhǎng)λ/2的減反膜，濾光片(9)以40 50°的角度放置，且在該角度下鍍有對(duì)基頻光λ全反、倍頻光λ/2高透的雙色膜，用于倍頻光與基頻光的分離。
全文摘要
一種小型倍頻可見(jiàn)光光纖激光器，其構(gòu)成依次包括光纖激光器、保偏光隔離器、第一傳輸光纖、周期性極化倍頻晶體、第二傳輸光纖、和準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)，所述的周期性極化倍頻晶體置于溫控爐中。本發(fā)明以光纖激光器為基頻光源，以波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周期性極化晶體為倍頻器件，采用光纖纖芯和倍頻晶體波導(dǎo)直接對(duì)準(zhǔn)的耦合方式，構(gòu)成了一種全波導(dǎo)化的可見(jiàn)光激光器，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換效率高、方便實(shí)用等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/042GK102891427SQ20121039311
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者周軍, 郝麗云, 漆云鳳, 劉馳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所