[发明专利]基于氧化镓倍频晶体的光纤激光器

说明书

本发明公开了一种光纤激光器，其具有包括泵浦源和光纤的光路结构，光路结构的激光输出端包括直接带隙超宽禁带半导体的倍频晶体，并优选为β‑Ga₂O₃晶体，倍频晶体为其用于对激光倍频后输出。本发明的所述光路结构还包括二维纳米材料可饱和吸收体(14)，其与所述非线性偏振旋转元件混合锁模。本发明可输出高功率、脉宽在50fs以下的激光。

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器，尤其涉及一种基于氧化镓倍频晶体的光纤激光器。

背景技术

在材料加工等工业应用方面，高峰值功率超短脉冲激光发挥着越来越大的作用。由于稀土离子光纤具有良好的热光特性、带宽增益和光束质量，使用稀土离子掺杂光纤产生超短脉冲激光的光纤激光器具有良好的发展前景。但是光纤非线性效应的累积会直接影响激光的单脉冲能量，使用多级放大器系统虽然能解决这个问题，但是会使光路相当复杂，因此，研究结构紧凑、稳定性高且能产生高能量飞秒脉冲的锁模光纤激光器是非常有意义的。

光纤是以二氧化硅为基质材料制成的玻璃实体纤维，利用光的全反射原理对光信号进行传输，虽然光纤激光器的结构简单、散热性好、转换效率高、光束质量好，但是光纤中的非线性以及光纤色散等效应制约了激光器的峰值功率，对信号传输、超连续谱发生、谐波的产生和孤子传输都有重大的影响。光纤中的非线性效应与光纤的模场面积成反比，模场面积越大，光纤的非线性效应就会越弱，因此，大模场光纤是解决非线性效应累积、光线损伤，并提高光纤激光器功率的一种有效途径。

为保证激光的光束质量，在增大光纤模场面积的同时，还要确保光纤必须是单模运转，传统的单模光纤纤芯直径很小，无法满足大模场面积，增大纤芯直径会导致光纤中有多个模式传输，引起横模竞争，影响光束质量。1998年，英国Bath大学的Knight等首次提出光子晶体光纤是一种制造单模大模场光纤的新方法，并成功制备出模场直径为22μm、模场面积为380μm的大模场光子晶体光纤。光子晶体光纤是非常适用于大模场面积的一种光纤结构，它具有无截止波长、色散可调、大数值孔径等特点，它可以实现单模大模场面积，在保证激光传输质量的同时，显著降低光纤中的激光功率密度，减小光纤中的非线性效应，提高光纤材料的损伤阈值，同时，还可以实现较大的内包层数值孔径，从而提高抽运光的耦合效率，可采用长度相对较短的光纤实现高功率输出。

激光倍频是利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为v的激光通过晶体后变为频率为2v的倍频光。倍频技术扩大了激光的波段，可获得更短波长的激光。一般的倍频方式分为腔内倍频和腔外倍频，还有为了提高效率在腔外倍频中使用倍频腔，在激光器功率较低的情况下，谐振腔内部光功率密度高，将晶体放入腔内可以提高倍频转换效率，但高功率时将晶体放入腔内很容易导致晶体的光学损伤，所以一般采用腔外倍频的方式。可作为倍频晶体的非线性晶体一般都不具有中心对称性，对基频波和倍频波的透明度高，二次非线性电极化系数大，光学均匀性好，损伤阈值高。

目前采用的倍频晶体通常是铌酸锂晶体(LN)。然而他的折射率对温度较为敏感，有着很大的热滞后效应，所以温度稳定性差；并且其损伤阈值较低(10MW/cm²)也限制了其应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是现有的激光器采用的倍频晶体具有温度稳定性差、损伤阈值低的缺点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种光纤激光器，具有包括泵浦源和光纤的光路结构，其特征在于：所述光路结构的激光输出端包括倍频晶体，所述倍频晶体为直接带隙超宽禁带半导体，其用于对激光倍频后输出。

根据本发明的优选实施方式，所述直接带隙超宽禁带半导体为β-Ga₂O₃晶体。