[发明专利]基于锗色散管理的中红外氟化物光纤锁模激光器

说明书

一种基于锗色散管理的中红外氟化物光纤锁模激光器，包括泵浦源和环形振荡器，振荡器沿逆时针方向依次有折叠镜、非球面聚焦透镜、氟化物增益光纤、非球面准直透镜、输出耦合镜、色散管理元件、二分之一波片、隔离器和四分之一波片。该激光器的核心是通过色散管理元件对中红外氟化物光纤锁模激光器进行色散控制，使得激光脉宽在腔内随传输有序演化，减少脉冲在增益光纤中的非线性相移的积累，避免脉冲在低能量时发生分裂，本发明激光器打破孤子面积对脉冲能量的限制，使得输出脉冲能量超过10nJ。这种高能量的中红外超快光纤激光器在中红外超快光谱学、超连续产生、自由空间光通讯等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于锗色散管理的中红外氟化物光纤锁模激光器。

背景技术

中红外波段涵盖了三个大气透明窗口，而且对应多数气体和有机分子的转振动能谱，中红外超快激光在自由空间光通讯、分子光谱学、中红外频率梳、半导体材料微加工、人体眼科手术等方面具有重要的应用前景。

目前，商业化的中红外超快光源主要通过近红外泵浦的光参量振荡器或放大器产生，该方法存在转换效率低、系统体积庞大、维护难度高、成本昂贵等缺点，限制了中红外超快激光的广泛应用。为了得到结构紧凑、价格低廉、光束质量优良的中红外超快激光，氟化物光纤锁模激光器成为3μm超快脉冲激光的理想选择。目前，氟化物光纤锁模激光器已经可以产生纳焦水平的脉冲输出，已经可以媲美某些商业化中红外光参量振荡器或放大器的激光性能。然而，由于氟化物光纤在3μm中红外波段具有负的群速度色散和正的非线性系数，导致该锁模激光器只能工作在传统孤子区域，锁模激光器的输出脉冲能量受到孤子面积的严重限制，输出脉冲能量限制在纳焦水平。腔内色散管理是突破能量限制的有效途径，然而，不同于近红外波段可以灵活设计正色散和负色散光纤来实现色散管理，3μm中红外波段缺少正的色散补偿光纤，导致3μm中红外氟化物光纤锁模激光器的脉冲能量长期以来难以提升。

发明内容

本发明提供一种基于锗色散管理的中红外氟化物光纤锁模激光器，我们摒弃了传统光纤锁模激光器通过光纤进行色散管理的固有思路，提出通过大正色散的体块材料对中红外氟化物光纤锁模激光器进行色散管理，减少增益光纤中非线性相移的积累，避免锁模脉冲在低能量时分裂，本发明激光器打破孤子面积对脉冲能量的限制，使得输出脉冲能量超过10nJ。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于锗色散管理的中红外氟化物光纤锁模激光器，包括泵浦源，该泵浦源为光纤耦合输出的半导体激光器，其特点在于，沿所述的泵浦源的激光输出方向依次是准直透镜、第一耦合镜、非球面聚焦透镜、氟化物增益光纤、非球面准直透镜、输出耦合镜，在该输出耦合镜的反射光方向依次是色散管理元件、二分之一波片、隔离器、四分之一波片和所述的第一耦合镜，所述的光纤耦合输出的半导体激光器的输出光纤的端面位于所述的准直透镜的焦点，所述的氟化物增益光纤的前端面位于所述的非球面聚焦透镜的后焦平面，所述的氟化物增益光纤的后端面位于所述的非球面准直透镜的前焦平面，依次的第一耦合镜、非球面聚焦透镜、氟化物增益光纤、非球面准直透镜、输出耦合镜、色散管理元件、二分之一波片、隔离器和四分之一波片构成环形激光谐振腔。

所述的色散管理元件是在中红外具有正色散且2～5μm透明的锗、砷化镓、单晶硅或磷锗锌块体材料。

所述的氟化物增益光纤为铒离子、钬离子或镝离子掺杂的多组分氟化物玻璃光纤。

本发明的技术效果如下：

本发明高能氟化物光纤锁模激光器的核心元件是所述的色散管理元件，本发明通过色散管理元件对激光腔进行色散管理，减少脉冲在氟化物增益光纤中非线性相移的积累，避免孤子在低能量时分裂，从而可以实现高能量中红外锁模脉冲输出。与目前的技术相比，本发明激光器打破孤子面积对脉冲能量的限制，使得输出脉冲能量超过10nJ。

附图说明

图1是本发明基于锗色散管理的中红外氟化物光纤锁模激光器实施例结构示意图。