[发明专利]中红外级联拉曼光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，特别涉及一种中红外级联拉曼光纤激光器。

背景技术

波长为3～5μm的中红外激光光源在军事和民用两方面都有着重要的应用，已成为各国激光工作者研究的热点。光纤激光器在光束质量、转换效率、冷却方式、体积重量等方面，均比传统的气体激光器和固体激光器更先进，它非常适合于车载、空机激光或光电对抗装备、激光大气通信设备、激光医疗设备等方面的应用需求，因此发展3～5μm高功率中红外光纤激光技术有着重要的科学意义和社会价值。

光纤激光一般可以由掺杂光纤作为增益介质或者是利用光纤中的非线性效应受激拉曼散射来实现。在中红外波段使用的掺杂离子一般为Pr、Nd、Tb和Dy，但是由于产生该波段激光掺杂离子激光能级很低，并占据较长的弛豫时间，所以其输出激光功率很快饱和，再加上掺杂的浓度和均匀性控制以及低损掺杂光纤的拉制都很困难。因此，波长大于3μm的光纤激光器发展非常缓慢，目前实现的最大波长仅为3.95μm，输出功率停留在毫瓦量级，且斜率效率也低于10％。

另一方面，级联拉曼光纤激光器是基于光纤中的受激拉曼散射(SRS)效应的激光器，它可以利用已有的波长较短的泵浦光源泵浦高拉曼增益光纤，从而产生具有长波长的高阶斯托克斯光波输出。传统的光纤型拉曼激光器主要的增益介质为掺锗石英光纤和掺磷石英光纤，它们的拉曼频移分别为440cm^-1和1330cm^-1。但是对于这两种光纤，在大于2μm的波长段光传输损耗都很高，因此基于这两种光纤的拉曼激光器的输出激光主要集中在1400～1600nm波段，也无法实现3～5μm中红外激光输出。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种利用ZBLAN(氟化物)光纤来实现高功率中红外激光输出的级联拉曼光纤激光器。

本发明的技术解决方案如下：

本发明为一种中红外级联拉曼光纤激光器，其特征在于包括一根双包层ZBLAN光纤(其典型组分为：53mol.％ZrF4，20mol.％BaF2，4mol.％LaF3，4mol.％AlF3和20mol.％NaF)；光纤的一端连接一个高功率掺Tm³⁺光纤泵浦激光器；ZBLAN光纤两端刻写的多个光纤布拉格光栅对构成拉曼激光器的谐振腔。

所述的掺Tm³⁺光纤激光泵浦源输出波长为2μm左右。

所述的双包层ZBLAN光纤的纤芯和掺Tm³⁺光纤激光泵浦源的纤芯如果相同，就直接熔接在一起，如果不同，就加模场适配器再熔接。

所述的光纤布拉格光栅对的反射中心波长分别对应于各阶拉曼激光的中心波长。

所述的光纤布拉格光栅对的数量根据需要获得激光的波长进行调整。

本发明用2μm的高功率掺Tm³⁺光纤激光泵浦双包层ZBLAN光纤，并利用ZBLAN光纤中的级联拉曼效应来实现2μm光纤激光的斯托克斯频移，各阶斯托克斯光由于光纤布拉格光栅的反射作用在腔内来回反射，且在光纤中前后向同时传播，最后形成稳定的谐振，从而实现高功率3～5μm光纤激光的稳定输出。

本发明与在先技术相比有很多明显优点：

1.避开了中红外低损掺杂光纤拉制的工艺困难以及传统光纤激光器在中红外波段产生高效率激光的困难，结构简单紧凑。

2.能实现高功率中红外激光输出，光束质量好，转换效率高。

3.激光输出波长可以根据调整光纤布拉格光栅对的数量进行选择。

附图说明

图1是本发明中红外级联拉曼激光器的结构示意图。

图2是本发明ZBLAN光纤的拉曼频移示意图。

具体实施方式

以下以附图为例对本发明作进一步说明。图1是中红外级联拉曼激光器的结构示意图。其中泵浦源1为2μm的高功率掺Tm³⁺光纤激光器，它和双包层ZBLAN光纤2熔接在一起，因此泵浦光可以直接耦合进ZBLAN光纤。多对光纤布拉格光栅3分别刻写在ZBLAN光纤的两端，其中心波长分别对应于各阶拉曼激光的中心波长。

研究表明ZBLAN光纤的拉曼频移为580cm^-1。那么如果采用2μm的泵浦光，则可以计算得到高阶拉曼效应产生的斯托克斯光波长，如图2所示。可以看出，2μm的泵浦光仅需三次拉曼频移就可以达到3μm，四次拉曼频移就达到了3.73μm，五次拉曼频移就达到了4.76μm，因此这种ZBLAN光纤完全满足了3～5μm激光输出的拉曼频移要求。

当2μm的泵浦光1耦合进ZBLAN光纤2后，如果功率达到一阶拉曼阈值功率，就产生波长为2.26μm的一阶拉曼激光，当一阶拉曼激光功率足够大达到二阶拉曼阈值功率时，就产生波长为3.07μm的二阶拉曼激光。同样道理，当n-1阶拉曼激光达到n阶拉曼阈值功率时就产生n阶拉曼激光，各阶拉曼激光由于光纤光栅3的反射作用在腔内来回反射，而且各阶拉曼激光在光纤中前后向同时传播，最后形成稳定的谐振，从而实现激光的稳定输出。