[实用新型]基于铒镱共掺双包层光纤的中红外高功率激光光源

说明书

技术领域

本实用新型涉及高功率中红外激光光源，特别是一种基于铒镱共掺双包层光纤的中红外高功率激光光源。

背景技术

近年来，激光器的输出波长扩展到中红外已经受到越来越多的关注，不仅是因为气体分子在中红外波长区域的吸收谱线强度要比近红外波段高几个量级，因而中红外激光光谱技术有着非常重要的应用前景，还因为在3～5μm波段是大气的窗口波段，在该波段内激光对大雾、烟尘具有较强的穿透力，在海平面上传输受气体分子散射小，因此适合运用在激光雷达、光电对抗等领域。目前，获得这一波长范围内中红外激光的技术主要有，氟氘化学激光器直接产生，光参量振荡器(OPO)及差频(DFG)产生等多种方法来获得这一波长范围内的激光。化学激光器的能量分布在较宽的光谱范围内，但结构庞大，造价昂贵；光参量振荡器输出光能量低，光束质量较差；而差频相对于光参量振荡器和化学激光器，有很多优点，如可调谐范围灵活、全固化结构紧凑、输出能量高等。

采用差频产生中红外激光的在先技术中，需要两台不同输出波长的Nd:YAG激光器，以产生4μm波段的中红外激光。参见在先技术[光学与光电技术.3：26-28，2005]，固体Nd:YAG激光器的效率相对较低，并且高功率运转时激光光束质量低，导致差频转换效率低；另外，由于采用了两台激光器，系统的成本高，稳定性不高。在先技术中，使用铒镱共掺光纤作为激光介质，通过采取抑制1.06μm的激光振荡来获得1.5μm波长的激光，输出激光的光谱带宽较大。参见在先技术[OPTICSEXPRESS.14：3936-3941，2006]，在这种技术中，由于采用镀膜腔片构成谐振腔，不能实现激光器的全光纤化，其推广应用受到一定限制。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种基于铒镱共掺双包层光纤的中红外高功率激光光源，以提高激光光源的转换效率和输出稳定性，获得高功率、高光束质量的中红外激光输出，实现结构光纤化，以利于激光光源的小型化。

本实用新型的基本思想是：采用高功率半导体激光器泵浦熔接有两个光纤光栅的铒镱共掺双包层光纤，实现了1.06μm附近和1.56μm附近的双波长激光的同时输出，然后利用非线性晶体实现两个波长激光的差频，获得高功率的中红外激光输出。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种基于铒镱共掺双包层光纤的中红外高功率激光光源，其构成包括：高功率半导体激光器和自该高功率半导体激光器的输出端依次设置的：传能光纤、第一光纤光栅、第二光纤光栅、铒镱共掺双包层光纤、准直透镜、聚焦透镜、非线性晶体和准直输出透镜，所述的铒镱共掺双包层光纤的输出端位于所述的准直透镜的前焦点，所述的聚焦透镜的后焦点和准直输出透镜的前焦点共焦，该焦点位于所述的非线性晶体之中，所述的高功率半导体激光器发出的泵浦光通过传能光纤耦合到铒镱共掺双包层光纤，在所述的传能光纤和铒镱共掺双包层光纤之间，熔接有分别对中心波长λ₁和中心波长λ₂高反的第一光纤光栅和第二光纤光栅，分别作铒镱共掺双包层光纤激光器的λ₁和λ₂激光波长的谐振腔镜，铒镱共掺双包层光纤的另一端垂直轴线切割，作为谐振腔的输出镜。

所述的铒镱共掺双包层光纤的纤芯为圆形，直径为20μm，纤芯数值孔径为0.07；其内包层为六角形或八角形，直径为200μm或400μm，内包层数值孔径为0.46。

所述的第一光纤光栅是中心波长λ₁＝1.06μm具有高反射率的双包层光纤光栅，其光纤光栅仅仅刻写在圆形纤芯区域，反射率大于90％；其纤芯和内包层的直径和数值孔径与所述的铒镱共掺双包层光纤的相应参数相同。

所述的第二光纤光栅是中心波长λ₂＝1.56μm具有高反射率的双包层光纤光栅，其光纤光栅仅仅刻写在圆形纤芯区域，反射率大于90％；其纤芯和内包层的直径和数值孔径与所述的铒镱共掺双包层光纤的参数相同。

所述的高功率半导体激光器的中心波长同铒镱共掺双包层光纤的吸收波长相匹配，为975nm或915nm，所述的高功率半导体激光器是多个半导体激光器阵列的组合或多个单管半导体激光器的组合

所述的准直透镜是由一球面透镜组构成的对波长λ₁和λ₂消色差的准直透镜，其各个面均镀有该两个波长的增透膜，实现两个波长激光的高效率准直输出。