本發(fā)明涉及中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光器。
背景技術(shù):
3~5μm中紅外波段不僅是重要的大氣傳輸窗口,同時還覆蓋了眾多重要分子、原子、化學(xué)鍵的吸收峰,因此波長位于該區(qū)間的中紅外激光源在軍用、民用以及科研領(lǐng)域具有重要應(yīng)用的前景。光纖激光器作為一種新型激光器類型,相比傳統(tǒng)激光器如:固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器等,具有轉(zhuǎn)化效率高、散熱良好、光束質(zhì)量好、易于集成等一系列優(yōu)勢,因此,發(fā)展高性能的中紅外光纖激光器具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。相比連續(xù)激光,中紅外脈沖光纖激光因具有更高能量、峰值功率以及更窄的時域?qū)挾?,在材料加工、紅外對抗、微創(chuàng)手術(shù)等領(lǐng)域具有更加重要的應(yīng)用前景。目前,脈沖光纖激光輸出的方法主要分為兩類:(1)主動調(diào)制(主動調(diào)Q、主動鎖模);(2)被動調(diào)制(被動調(diào)Q、被動鎖模),相比主動調(diào)制,被動調(diào)制結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊,所以更利于實際應(yīng)用。2015年,電子科技大學(xué)李劍峰等人利用Fe2+:ZnSe晶體作為可飽和吸收體率實現(xiàn)波長超過3μm的脈沖激光輸出(3.004μm);2016年,我們提出了將增益調(diào)制和雙波長級聯(lián)泵浦相結(jié)合實現(xiàn)3.2~3.9μm波長可調(diào)諧的光纖激光輸出新方案。然而至今為止,還難以在波長超過4μm的中紅外波段實現(xiàn)脈沖光纖激光輸出,尤其是雙波長脈沖光纖激光輸出。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明實施例提供了一種全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光器,解決了現(xiàn)有技術(shù)中難以實現(xiàn)波長超過4μm的雙波長脈沖光纖激光的技術(shù)問題。
為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明實施例提供了一種全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光器,包括激光泵浦源、第一稀土離子摻雜光纖、第二稀土離子摻雜光纖;激光泵浦源的尾纖熔接第一稀土離子摻雜光纖首端,第一稀土離子摻雜光纖尾端熔接第二稀土離子摻雜光纖首端;在第一稀土離子摻雜光纖首端順次設(shè)置第一光纖光柵、第二光纖光柵,在第二稀土離子摻雜光纖尾端順次設(shè)置第三光纖光柵、第四光纖光柵,
激光泵浦源產(chǎn)生的預(yù)設(shè)波長的激光經(jīng)第一光纖光柵、第二光纖光柵、第一稀土離子摻雜光纖、第二稀土離子摻雜光纖和第三光纖光柵構(gòu)成的第一諧振腔,發(fā)生激光躍遷輻射,產(chǎn)生λ1波長光纖激光,在第二光纖光柵、第一稀土離子摻雜光纖、第二稀土離子摻雜光纖、第三光纖光柵和第四光纖光柵構(gòu)成的第二諧振腔中發(fā)生激光躍遷輻射,產(chǎn)生λ2波長光纖激光,所述第二稀土離子摻雜光纖基于可飽和特性對λ1和λ2雙波長光纖激光進行調(diào)Q,從而分別由第三光纖光柵和第四光纖光柵輸出λ1和λ2波長的調(diào)Q脈沖光纖激光。
進一步地,所述激光泵浦源為摻Tm3+光纖激光器,用于產(chǎn)生2μm波長激光。
進一步地,所述第一光纖光柵具體為均勻光纖光柵,中心波長為λ1,λ1為4~4.4μm區(qū)間內(nèi)的一個波長,所述第一光纖光柵對λ1波長激光高反。
進一步地,所述第二光纖光柵具體為均勻光纖光柵,中心波長為λ2,λ2為4.4~5μm區(qū)間內(nèi)的一個波長,所述第二光纖光柵對λ2波長激光高反。
進一步地,所述第一稀土離子摻雜光纖具體為摻Pr3+硫化物光纖。
進一步地,所述第二稀土離子摻雜光纖具體為摻Tb3+硫化物光纖。
進一步地,所述第三光纖光柵具體為均勻光纖光柵,中心波長為λ1,所述第三光纖光柵對λ1波長激光半透部分透射部分反射。
進一步地,所述第四光纖光柵具體為均勻光纖光柵,中心波長為λ2,所述第四光纖光柵對λ2波長激光部分透射部分反射。
本發(fā)明實施例至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點:
1、本發(fā)明將摻Pr3+硫化物光纖級聯(lián)能級的中紅外輻射潛力與摻Tb3+硫化物光纖在該波段的可飽和吸收特性相結(jié)合,實現(xiàn)雙波長調(diào)Q脈沖光纖激光輸出,不僅可實現(xiàn)波長大于4μm的雙波長脈沖光纖激光輸出,同時保證了系統(tǒng)的全光纖化,大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
2、本發(fā)明提出的產(chǎn)生全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光的方案具有良好的可移植性和可拓展性,可根據(jù)實際的波長需求,靈活改變光纖光柵中心波長以及增益光纖的種類。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實施例中全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明實施例中第一稀土離子摻雜光纖發(fā)生激光躍遷輻射的示意圖;
圖3為本發(fā)明實施例中第二稀土離子摻雜光纖發(fā)生激光躍遷輻射的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明實施例通過提供一種全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光器,解決了現(xiàn)有技術(shù)中難以實現(xiàn)波長超過4μm的雙波長脈沖光纖激光的技術(shù)問題。
為了解決上述技術(shù)問題,下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術(shù)方案進行詳細(xì)的說明。
本發(fā)明提供的一種全光纖波長可選的雙波長被動調(diào)Q中紅外光纖激光器,如圖1所示,包括激光泵浦源1、第一稀土離子摻雜光纖6、第二稀土離子摻雜光纖8,該激光泵浦源1的尾纖2熔接第一稀土離子摻雜光纖6首端,形成第一光纖熔接點3,該第一稀土離子摻雜光纖6尾端熔接第二稀土離子摻雜光纖8首端,形成第二光纖熔接點7,該第一稀土離子摻雜光纖6首端順次設(shè)置第一光纖光柵4、第二光纖光柵5,在第二稀土離子摻雜光纖8尾端順次設(shè)置第三光纖光柵9、第四光纖光柵10。
在具體的實施方式中,該激光泵浦源1具體為摻Tm3+光纖激光器,用于產(chǎn)生2μm波長激光,該預(yù)設(shè)波長激光具體就是2μm波長激光。該第一光纖光柵4具體為均勻光纖光柵,中心波長為為λ1,λ1為4~4.4μm區(qū)間內(nèi)的一個波長,該第一光纖光柵4對λ1波長激光高反。該第二光纖光柵5具體為均勻光纖光柵,中心波長為λ2,λ2為4.4~5μm區(qū)間內(nèi)的一個波長,第二光纖光柵5對λ2波長激光高反。該第三光纖光柵9也是均勻光纖光柵,中心波長為λ1,該第三光纖光柵對λ1波長激光半透部分透射部分反射。第四光纖光柵10也是均勻光纖光柵,中心波長為λ2,該第四光纖光柵對λ2波長激光部分透射部分反射。第一稀土離子摻雜光纖具體為摻Pr3+硫化物光纖,該第二稀土離子摻雜光纖具體為摻Tb3+硫化物光纖。
該激光泵浦源產(chǎn)生的2μm波長的激光經(jīng)第一光纖光柵4、第二光纖光柵5、第一稀土離子摻雜光纖6、第二稀土離子摻雜光纖8和第三光纖光柵構(gòu)成為第一諧振腔,發(fā)生激光躍遷輻射,如圖2所示,上述過程的對應(yīng)的能級躍遷過程為:113H4能級上的粒子吸收2μm波長激光通過143H4→33F2,3H6能級躍遷過程被抽運到133F2,3H6能級上,隨著泵浦功率增加,133F2,3H6能級上的粒子數(shù)增多,當(dāng)133F2,3H6能級和123H5能級達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件時,便會通過153F2,3H6→3H5能級躍遷過程將粒子釋放到123H5能級上,同時產(chǎn)生λ1波長連續(xù)激光。然后繼續(xù)增加泵浦功率,在第二光纖光柵5、第一稀土離子摻雜光纖6、第二稀土離子摻雜光纖8、第三光纖光柵9和第四光纖光柵10組成的第二諧振腔中產(chǎn)生λ2波長連續(xù)激光,其中該第二諧振腔反饋由第二光纖光柵5和第四光纖光柵10組成,上述過程的對應(yīng)的能級躍遷過程為:繼續(xù)增加泵浦功率,113H4能級上更多的粒子會被抽運到133F2,3H6能級,從而使123H5能級上的粒子數(shù)也相應(yīng)增多,當(dāng)123H5能級與113H4能級間達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件時,123H5能級上的粒子便會通過163H5→3H4能級躍遷過程將粒子釋放到113H4能級,同時產(chǎn)生λ2波長連續(xù)激光。
在上述連續(xù)激光產(chǎn)生過程中,第二稀土離子摻雜光纖8將基于可飽和吸收特性對λ1和λ2波長連續(xù)激光進行調(diào)Q,從而分別由第三光纖光柵9和第四光纖光柵10輸出λ1和λ2波長調(diào)Q脈沖光纖激光,如圖3所示,上述過程所對應(yīng)的能級躍遷過稱為:177F6能級上的粒子吸收λ1和λ2波長連續(xù)激光,通過197F6→7F5能級躍遷過程被抽運到187F5能級上,并通過207F5→7F6能級躍遷過程將粒子釋放回177F6能級上,當(dāng)λ1和λ2波長連續(xù)激光過強時,由于177F6能級上粒子不足,摻Tb3+硫化物光纖將不再具有λ1和λ2波長連續(xù)激光的吸收功能,從而達(dá)到飽和狀態(tài);當(dāng)λ1和λ2波長連續(xù)激光較弱時,由于187F5能級上粒子被再次釋放回177F6能級,因此摻Tb3+硫化物光纖將再次具備λ1和λ2波長連續(xù)激光吸收功能,該過程即為可飽和吸收過程,基于該過程對λ1和λ2波長連續(xù)激光進行周期性的Q調(diào)制,從而產(chǎn)生λ1和λ2波長脈沖激光。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例,但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念,則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以,所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。