[发明专利]输出高功率2微米线偏振激光的掺铥全光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，特别是一种输出高功率2微米线偏振激光的掺铥全光纤激光器。

背景技术

近年来，由于2微米激光在国防、医疗、遥感技术以及生物学研究等领域的广泛应用，激发了研究其产生手段的热潮，进而使得2微米激光器在功率、光束质量、商业化等方面有了长足的进步。在这之中，可用来产生2微米激光的掺铥光纤激光器尤为引人注目。这一方面是由于光纤激光器共有的一些优良特性，如热效应弱、单模运转、光束质量高以及全光纤化后易于集成为产品等。另一方面则是由于掺铥二氧化硅作为激光增益介质本身所具有的一些特点。首先，掺铥二氧化硅在各波长有多个吸收峰，所以泵浦源的选择有很大余地。特别是在790纳米附近的吸收峰有很大的吸收截面，因此即使采用包层泵浦也可在几米内充分吸收在此波长范围的泵浦光，进而产生很高的增益。这就正好可以利用目前也发展得十分迅猛的这个波长范围的激光二极管作为泵浦源。在这二者的结合下，目前已有公司报道获得超过1千瓦的两微米连续光输出。其次，掺铥二氧化硅在2微米附近有很宽的发射谱，这意味着其具有很宽的波长调谐范围，前人实验表明，可输出从约1850纳米到2050纳米的激光。此外，宽的发射谱同样意味其支持超短秒冲输出。根据傅里叶变化关系，理论上可支持小于100飞秒超短脉冲的产生。再者，800纳米附近泵浦光可引发铥的三价阳离子引发能级间的交叉弛豫过程，进而使得泵浦光到激光的量子效率大大提升，理论上接近百分之两百，实验中也已获得约百分之六十的斜效率。如此高的转化效率使得掺铥激光器在2微米激光产生领域具有主导地位。

尽管已有报道通过全光纤掺铥激光器获得了超过1千瓦的2微米连续光输出，但其输出光是随机偏振的，无法满足一些需要线偏振激光的应用如激光雷达、非线性波长转换等的要求。目前，报道的输出百瓦以上2微米偏振光的激光器都采用了空间光耦合的方式，这不利于激光器的使用和实现商业化。而易于使用的全光纤激光器目前还未有获得百瓦级2微米偏振光输出的报道。此外，为实现偏振光振荡输出，目前普遍采用了谐振腔两端反馈快慢轴波长匹配的方式，这一方式由于受到激光在保偏光纤中传输时偏振度的退化、熔接时对轴的精确度等因素的影响很难获得很高的线偏振度。偏振度的问题同样出现在了采用传统的“主功率振荡放大”构型的激光器中。由于这一类激光器通常有多个放大级，也就意味着需要采用较长的保偏光纤以及多个需要对轴熔接的熔接点，这些因素都是获得高功率、高线偏振度激光的阻碍。

发明内容

本发明为克服上述采用全光纤结构获得高功率、高线偏振度2微米激光的困难，提出了一种输出高功率2微米线偏振激光的掺铥全光纤激光器。

本发明的技术解决方案如下：

一种输出高功率2微米线偏振激光的掺铥全光纤激光器，其特点在于，包括：N个带尾纤输出头的第一高功率激光二极管、N个带尾纤输出头的第二高功率激光二极管、第一光纤端帽、第二光纤端帽、第一光纤合束器、第二光纤合束器、第一段刻写了布拉格光栅的无源光纤、第二段刻写了布拉格光栅的无源光纤、第一段保偏双包层掺铥光纤、第二段保偏双包层掺铥光纤和单偏光纤；

上述各元件的连接关系如下：

所述的N个第一高功率激光二极管的输出端分别经N段第一泵浦光纤与第一光纤合束器的第一泵浦光输入端、第二泵浦光输入端、……、第N泵浦光输入端连接，该第一光纤合束器的信号光输入端与所述的第一光纤端帽连接，第一光纤合束器的信号光输出端依次经所述的第一段刻写了布拉格光栅的无源光纤、第一段保偏双包层掺铥光纤、单偏光纤、第二段保偏双包层掺铥光纤和第二段刻写了布拉格光栅的无源光纤与所述的第二光纤合束器的信号光输入端连接，所述的N个第二高功率激光二极管的输出端分别经N段第二泵浦光纤与第二光纤合束器的第一泵浦光输入端、第二泵浦输入端、……、第N泵浦光输入端连接，该第二光纤合束器的信号光输出端与第二光纤端帽连接。

所述的第一保偏双包层掺铥光纤和第二保偏双包层掺铥光纤纤芯中铥的三价阳离子的掺杂重量比均大于等于百分之一。

第一段刻写了布拉格光栅的无源光纤对激光波长处的光反射率大于等于95%，所述的第二段刻写了布拉格光栅的无源光纤对激光波长处的光反射率小于等于20%。

所述的第一段刻写了布拉格光栅的无源光纤、第二段刻写了布拉格光栅的无源光纤中布拉格光栅的反射线宽分别小于0.5纳米。

所述的第一光纤合束器和第二光纤合束器的泵浦光输入端个数为N=2、6、12或18。