[发明专利]用于产生2μm激光的全光纤气体拉曼激光器

说明书

技术领域

本发明涉激光器技术领域，具体的涉及一种用于产生2μm激光的全光纤气体拉曼激光器。

背景技术

2μm波段激光处于大气弱吸收带，同时具有人眼安全特点，广泛应用于自由空间光通信、遥感、激光雷达、医疗和军事等领域。此外，将其作为泵浦源使用还能实现3～5μm波长激光的输出，在科研领域应用广泛。

目前，能实现2μm波长激光输出的激光器主要有传统固体激光器、半导体激光器、量子级联激光器和稀土掺杂光纤激光器等。其中，固体激光器增益带宽较高，可以实现2～5μm激光的输出，其效率虽然足以实现商用，但是固体激光器热透镜效应限制了功率的进一步提升。而利用半导体激光器输出波长大于1.8μm的激光时，俄歇复合降低了载流子的寿命，极大限制了所产生激光效率的提升。半导体激光器的光束质量较差，在某些特定应用场合难以满足要求。量子级联激光器连续工作时，大部分电能转化成了热，并且难以实现高功率的单模输出。目前，掺铥和掺钬的2μm掺杂光纤激光器已经能获得具有较高功率的输出激光，但是实心掺杂光纤的损伤阈值低，非线性效应强，制约了进一步提升出射激光的功率。

气体受激拉曼散射具有增益系数高、频移大、介质选择灵活等特点，自1963年被首次报道以来受到了广泛的关注，已经被证明是一种能产生可调谐、窄线宽、新波长激光器的有效手段。历史上，受有效作用距离非常短的限制，在自由空间中观测气体受激拉曼散射需要很高的泵浦阈值功率，即使如此，出射的激光中仍然会产生许多其他谱线，使特定波长激光转换效率非常低。

为了增强光与气体的相互作用，研究人员通过空心毛细玻璃管和高精度法布里-珀罗腔来实现特定波长激光的出射。但是所得激光的有效作用距离还是非常有限，转换效率仍然很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于产生2μm激光的全光纤气体拉曼激光器，该发明解决了空间结构光纤气体拉曼激光器泵浦耦合效率低，单程空心光纤气体激光器泵浦阈值功率高的技术问题。

本发明提供一种用于产生2μm激光的全光纤气体拉曼激光器，包括：用于输出可调谐连续光纤激光的泵浦源、用于防止反向传输的泵浦光返回泵浦源的隔离器、用于降低激光器工作阈值的谐振腔、空心光子晶体光纤、用于将残余泵浦光反射回空心光子晶体光纤中的反馈光栅和用于分离2μm波段激光的滤波输出装置；空心光子晶体光纤中填充用于通过受激拉曼散射将1μm波段泵浦光频移至2μm波段信号激光的拉曼增益H₂气；泵浦源的输出端依序与隔离器和谐振腔的输入端光连接，空心光子晶体光纤光连接于谐振腔内，谐振腔的输出端与反馈光栅光连接，反馈光栅与滤波输出装置的输入端光连接。

进一步地，空心光子晶体光纤为负曲率空心光子晶体光纤。

进一步地，泵浦源输出的激光中心波长为1064nm。

进一步地，谐振腔设有输入布拉格光栅和输出布拉格光栅，输入布拉格光栅的输入端为谐振腔的输入端；输出布拉格光栅的输出端为谐振腔的输出端。

进一步地，输入布拉格光栅是中心波长1907nm的高反射率宽谱光栅；输出布拉格光栅是中心波长1907nm的低反射率宽谱光栅。

进一步地，反馈光栅为对1064nm波长激光产生高反射率的宽谱光栅。

进一步地，滤波输出装置包括反射布拉格光栅和其上设有多个端口的光环形器，光环形器与反馈光栅光连接，光环形器的第二端口上设有反射布拉格光栅，2μm激光从反射布拉格光栅透射输出，剩余的微弱泵浦光被反射布拉格光栅反射，并从光环形器的第三端口输出。

进一步地，光环形器包括第一光环形器端口、第二光环形器端口和用于输出残余泵浦光的第三光环形器端口，第一光环形器端口与反馈光栅光连接；第二光环形器端口与反射布拉格光栅光连接。

本发明的技术效果：

本发明提供用于产生2μm激光的全光纤气体拉曼激光器通过实心光纤与空心光子晶体光纤熔接的方式实现了全光纤的紧凑结构，同时通过在空心光子晶体光纤两端加谐振腔，解决了单程受激拉曼散射产生连续激光输出的高泵浦阈值问题,实现了较低泵浦功率水平下2μm波段连续激光输出。此外，本发明提供的激光器输出的2μm波段激光线宽与泵浦管线宽处于同一量级，不会发生高功率下展宽现象。而且本发明提供的激光器在光纤材料损伤阈值方面比实心光纤激光器大一个数量级，因而在高动率输出方面具有优势。

具体请参考根据本发明的用于产生2μm激光的全光纤气体拉曼激光器提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。

附图说明