[发明专利]一种新型长波中红外超快脉冲激光器

说明书

本发明公开了一种新型长波中红外超快脉冲激光器，包括885nm LD泵浦源，885nm LD泵浦源输出端设置沿激光传输方向倾斜放置且对885nm激光高透、对3.9微米激光高反的透镜，透镜之后沿激光输出方向设置聚焦器件，聚焦器件的激光输出端设置掺钬氟化铟光纤，掺钬氟化铟光纤的两侧端面均为斜角，掺钬氟化铟光纤的激光输出端连接新型Ti₃C₂微纳光纤，新型Ti₃C₂微纳光纤激光输出端沿激光输出方向设置激光准直器件，激光准直器件之后沿激光输出方向设置输出耦合器件，输出耦合器件将激光反射一部分到透镜上经透镜反射回掺钬氟化铟光纤中，部分激光经耦合器件透过输出为3.9微米超快脉冲激光。

技术领域

本发明属于脉冲激光技术领域，具体涉及一种新型长波中红外超快脉冲激光器的方法。

背景技术

波长位于3～5μm的中红外超短脉冲激光光源成为国内外科研工作者研究的热点，目前已广泛应用于科研、国防以及民用领域。例如：研究分子内和分子间的动力学、产生阿秒脉冲、中红外激光对抗武器、环境监测、工业加工以及生物医学、聚合物加工等。目前，锁模是产生超短脉冲光纤激光最为主要的方法，具体而言，通过在谐振腔中不同模式间引入固定的相位关系，使各纵模相锁，从而产生周期性的超短脉冲其脉宽通常在ps～fs量级。2012年，电子科技大学李剑峰等利用在中红外波段的SESAM首次实现了锁模Ho³⁺，Pr³⁺共掺ZBLAN脉冲光纤激光器，其中心波长为2870nm，脉宽为24ps，脉冲能量和重复频率分别为4.9nJ和27.1MHz。随后，2014年，悉尼大学T.Hu等人利用InAs作为可饱和吸收体首次实现了稳定的3μm波段环形腔被动锁模Ho³⁺/Pr³⁺共掺ZBLAN光纤激光器，其脉冲宽度、峰值功率、重复频率、中心波长分别为6ps、465W、24.8MHz、～2860nm，脉冲信噪比高达73dB；美国亚利桑那大学朱秀山小组利用Fe²⁺：ZnSe晶体作为可饱和吸收体实现了掺Er³⁺ZBLAN锁模脉冲光纤激光器，其中心波长为2783nm，脉宽19ps，脉冲能量和重复频率分别为0.56nJ和50MHz；美国PolarOnyx公司P.Wan等人利用大芯径掺Er³⁺ZBLAN光纤结合半导体可饱和吸收镜实现了波长2784nm的锁模脉冲激光，最大脉冲输出平均功率为142mW，重复频率为16.4MHz，通过时间带宽积估算得到脉冲宽度5ps，但是这个值并不准确。近年来，随着二维材料的兴起，不同二维材料(如：石墨烯、拓扑绝缘体、黑磷等)也相继被用于3微米锁模脉冲激光产生，但脉冲宽度也均在数ps到数十ps的水平，严格意义上来说并不能称为超短脉冲激光。2015年加拿大拉瓦尔大学和悉尼大学采用空间结构的非线性偏振旋转人造可饱和吸收体锁模方式在掺Er氟化物光纤中实现了百飞秒量级的超短脉冲激光输出，2016年澳大利亚麦考瑞大学利用类似的方法在Ho/Pr共掺光纤中实现了2.9μm峰值功率高达37kW的百飞秒量级超短激光输出，脉冲宽度为180fs，这也是目前中红外锁模脉冲光纤激光器脉冲宽度和峰值功率的最高水平。可以看到中红外锁模脉冲光纤激光器工作波长主要集中在3微米波段，更确切地说是2.7～2.9微米波长区间，在大于3微米波段，中红外锁模光纤激光器还鲜有报道。最近随着光纤泵浦技术和拉制工艺的成熟，光纤激光器逐渐向着长波长平移。最近麦考瑞大学S.Jackson等人采用2.8微米激光泵浦掺Dy氟化物光纤，实现了波长范围在2.95～3.35微米可调激光输出；拉瓦尔大学V.Fortin等人用双波长作为泵浦源泵浦掺Er3+氟化物光纤实现输出波长为3.55微米的激光，近期，他们提出一个新型重掺杂钬氟化铟光纤，该光纤可使透过波长拓展至5微米，用888nm LD泵浦该光纤实现了室温下最长波长3.92μm激光输出，这也是稀土离子掺杂光纤激光器的最长工作波长，但目前还未对波长超过3微米中红外锁模脉冲激光开展系统化研究。