[发明专利]可调谐掺铥光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器，特别是一种可调谐掺铥光纤激光器。

背景技术

近年来，包层泵浦的掺铥双包层光纤激光器已经引起了广泛关注，因为这种激光器的激光波长处在“人眼安全”的2微米光谱区，在远程传感和生物医学等领域有着广泛应用。因为光纤的表面积大，所以光纤激光器易于散热，能够提供更高的输出功率和更好的光束质量。随着790纳米波长的高功率激光二极管阵列的不断发展，直接泵浦的2微米掺铥双包层光纤激光器的输出功率已经达到百瓦量级。另外，在高掺杂浓度的铥光纤中，交叉驰豫过程(³H₆，³H₄→³F₄，³F₄)能够显著提高掺铥双包层光纤激光器的量子效率。不同的应用领域对激光波长要求不同，所以设计制作波长可调谐的两微米光纤激光器有重要的实际应用价值。

掺铥双包层光纤激光器的特殊优点是它的调谐范围宽，从1600多纳米直到2100纳米。现在国内外对光纤激光器输出波长进行调谐的技术主要是采用光栅，然而，不论是光纤光栅还是体光栅都存在制作工艺复杂，调谐不便等问题，而且难以得到高输出功率。已经实现的可调谐掺铥双包层光纤激光器的最高输出功率只有15瓦，最长波长只能调谐到2090纳米。

发明内容

本发明为了克服在先技术的不足，提供一种可调谐掺铥光纤激光器，该激光器应具有结构紧凑，高功率输出、较高的激光效率、调谐范围大、操作方便和应用范围广等特点。

本发明技术解决方案是：

一种可调谐掺铥光纤激光器，特点是其构成包括：置于温控装置上的带输出尾纤的激光二极管阵列的泵浦源，该输出尾纤经球面透镜、非球面透镜和双色镜与掺铥双包层光纤的输入端相耦合，该掺铥双包层光纤的输出端经变反射率透镜和锗滤光片输出，所述的双色镜作为谐振腔的后腔镜，所述的变反射率透镜构成谐振腔的前腔镜，所述的掺铥双包层光纤的输入端和输出端分别设有第一温控装置和第二温控装置，而掺铥双包层光纤的中间部分置于光纤散热装置中，所述的变反射率透镜固定在三维调节平台上。

所述的温控装置为水冷温控系统，保证泵浦光波长与所述的掺铥双包层光纤纤芯材料的吸收波长相适应。

所述的球面透镜的数值孔径与所述的输出尾纤的数值孔径匹配，非球面透镜的数值孔径与所述的掺铥双包层光纤的数值孔径匹配。

所述的掺铥双包层光纤为Tm³⁺高掺杂浓度光纤，纤芯中还掺入了少量的Al³⁺离子。

所述的第一温控装置和第二温控装置是水冷的紫铜热沉。

所述的光纤散热装置是两片紫铜片。

所述的变反射率透镜的2微米波段的透过率沿径向的变化范围是80％～5％，只要在垂直于所述的掺铥双包层光纤的输出端的水平方向平移三维调节平台，即可改变光纤激光器谐振腔的前腔镜的透过率。

所述的双色镜对泵浦光高透对2微米的振荡光高反的镜片。

本发明具有以下优点：

1、由于采用尾纤输出的高功率半导体激光二极管阵列作泵浦源，降低了泵浦光耦合进光纤的难度，该泵浦源具有温控装置，通过调节泵浦源的工作温度，使泵浦光波长与掺铥双包层光纤的吸收波长相同，提高了泵浦效率。

2、保证耦合光学系统(球面镜和非球面镜)的数值孔径与泵浦源的输出尾纤及掺铥双包层光纤的内包层的数值孔径相匹配，从而减小了损耗、提高了耦合效率。

3、由于采用高掺杂浓度Tm³⁺光纤，且掺杂了一定量的Al³⁺离子用来消除团簇效应，显著增强了交叉驰豫过程，提高了激光器的斜率效率。

4、由于采用变反射率透镜组成谐振腔的输出镜，利用三维平台调节输出镜的位置从而改变输出透过率来获得波长调谐，使得该中红外光纤激光器结构简单、操作方便、稳定性好。另外，由于降低了结构的复杂性，减少了能量损耗，在获得较宽的调谐范围的同时，具有较高的输出功率。

总之，本发明具有结构紧凑，高功率输出、较高的激光效率、调谐范围大、操作方便和应用范围广等特点。

附图说明

图1是本发明可调谐掺铥光纤激光器的结构示意图

图2是三价铥离子的简化能级结构示意图

图3是本发明可调谐掺铥光纤激光器三种较高输出透过率时的2微米激光输出随泵浦功率的变化曲线

图4是本发明可调谐掺铥光纤激光器激光峰值波长随输出镜透过率的变化关系