[发明专利]一种可见光光纤激光器及其调谐和调Q的方法

说明书

技术领域

本申请涉及激光技术领域，特别涉及一种可见光光纤激光器及其调谐和调Q的方法。

背景技术

可见光激光在激光显示、光存储、生物医疗、海底通信、激光加工等方面有着广泛的应用。目前可见光激光的获得方法主要有三种：一是通过激发相应禁带宽度的半导体材料。二是通过对包含半导体激光器在内的全固态激光器进行非线性频率转换。三是使用适当波长的激光器泵浦稀土掺杂材料。半导体激光器的最大的优点就是体积小、可直接调制，但是光束质量较差，在一些对频率稳定性和光束质量要求较高的应用领域需要增加温度电流控制系统和光束准直整形系统，这将大大增加系统的体积并降低系统的效率。而且虽然红光和蓝光半导体激光器发展的比较成熟，但是绿光的获得及功率寿命效率的提升仍比较困难。对于全固态激光器非线性频率转换技术获得的可见光激光，目前输出功率已经很大，光束质量也相对很高，但是这类光源需要复杂精密的调整技术和精确的温度控制，并且为了提高倍频效率，全固态激光器通常采用具有较高峰值功率的激光脉冲，增大了系统的安全隐患。除了以上两种方式外，人们还可以利用适当波长的半导体激光器泵浦镨（Pr）、铥(Tm)、钬(Ho)等稀土离子的激活介质来直接获得可见光激光。其中三价稀土离子Pr³⁺在可见光范围能同时激射红（波长约为720nm或635nm的红光）、橙（波长约为605nm的橙光）、绿（波长约为522nm的绿光）、蓝（波长约为482nm的蓝光）激光而受到广泛关注。根据泵浦激光器的工作波长，此类激光器可分为频率上转换型和频率下转换型：频率下转换型需要使用较短的波长（例如蓝光）作为泵浦源，而频率上转换型使用红外光作为泵浦源，通过吸收两个以上的红外光光子以获得一个可见光光子。过去由于缺乏足够功率的低成本蓝光泵浦源，大部分的掺镨可见光激光器理论模拟和实验研究都围绕着频率上转换方案进行。近年来，随着GaN蓝光半导体激光器的飞速发展和逐渐成熟，采用GaN半导体激光器作为泵浦源实现频率下转换的掺镨可见光全固态激光器正在成为研究的重点。日本Osaka大学的Yasushi Fujimoto和Sumita公司的Masaaki Yamazaki报导了一种防水的掺镨氟化铝玻璃材料（AlF₃-YF₃-PbF₂），并使用GaN激光器泵浦这种掺镨氟化铝玻璃光纤获得了亚瓦级的连续红光和绿光输出以及瓦级的脉冲红光输出，但是他们使用棱镜与透镜组合将泵浦光耦合到纤芯中并且光纤端面暴露在空气中，所以系统的稳定性不好，需要精密的调整，而且体积很难进一步的降低，从而很难应用于商用激光器中。日本Central Glass公司的化学研究中心的Okamoto等人，使用GaN LD泵浦掺Pr³⁺的ZBLAN光纤实现了可调可见光光纤激光输出，但是这个系统仍然使用了大量的光学镜片，棱镜等自由空间光学元件，不利于系统的集成和商品化。2011年，该小组使用粘贴在掺镨ZBLAN光纤端面的二向色镜作为激光腔镜，并在掺镨ZBLAN光纤左右两端分别熔接硅基光纤实现GaN泵浦光的耦合输入以及521nm绿光的耦合输出，但是这个全光纤化的掺镨ZBLAN光纤激光系统由于使用了宽带反射腔镜，从而输出激光的线宽较宽而且无法实现输出激光波长的调谐以及在连续蓝光泵浦下无法实现高峰值功率的脉冲输出。另外由于系统中光纤之间的接续方法使用了热熔接，使得掺镨氟化物光纤与熔点不同的耦合输入输出光纤的接续比较复杂。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是针对可见光激光器的实际需求提供一种可以实现对稳态输出激光波长的调谐，还可以获得高峰值功率的调Q脉冲输出的可见光光纤激光器。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种可见光光纤激光器，包括蓝光泵浦源、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一压电驱动器、第二压电驱动器、掺镨氟化物光纤及耦合输出光纤。所述掺镨氟化物光纤分别与所述蓝光泵浦源和所述耦合输出光纤连接。所述第一光纤光栅写在所述掺镨氟化物光纤或所述蓝光泵浦源的光纤上。所述第二光纤光栅写在掺镨氟化物光纤或耦合输出光纤上。所述第一光纤光栅固定在所述第一压电驱动器上。所述第二光纤光栅固定在所述第二压电驱动器上。

进一步地，所述蓝光泵浦源为带尾纤输出的蓝光LD系统或不带尾纤输出的LD系统。

进一步地，所述不带尾纤输出的蓝光LD系统将泵浦蓝光通过透镜组或透镜光纤的方式耦合到光纤中。

进一步地，所述第一光纤光栅是高峰值反射率的光纤光栅，所述第二光纤光栅是低峰值反射率的光纤光栅。