[发明专利]一种基于非石英玻璃的中红外特种光纤拉曼DFB光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于非石英玻璃的中红外特种光纤拉曼DFB光纤激光器，包含泵浦光源、二向色镜1、耦合透镜、中红外特种光纤π相移DFB光纤光栅、中红外透镜、二向色镜2、检测激光信号装置和温度控制器。该激光器基于光纤非线性拉曼效应，有效地克服了基于稀土掺杂的中红外光纤激光器输出波长受限在4微米以内的几个离散波段，以及热效应导致的效率低等问题，采用π相移DFB形成单频窄线宽激光腔，产生中红外2.5微米以上任意波长、单频窄线宽且可调谐的中红外激光。

技术领域

本发明属于中红外光纤激光器领域，尤其涉及一种基于非石英玻璃的中红外特种光纤拉曼DFB光纤激光器。

背景技术

中红外波段(2.5-25μm，即4000-400cm-1)，包含了两个大气透明窗口：3-5μm和8-14μm，并且存在着丰富的、具有指纹特征的、窄线宽、气体分子基频振动强吸收谱线[A.Schliesser,N.Picqué,and T.W.“Mid-infrared frequency combs,”Nat.Photonics 6(7),440–449(2012)]。同一气体单根谱线的典型线宽为MHz量级，谱线间距为几个纳米，不同气体的谱线间存在重叠交叉干扰。基于中红外单频窄线宽激光光源的光谱分析技术可以实现气体浓度万亿分之一(ppt)水平的高灵敏度检测，其中，光源的窄线宽特性是实现如此高精度检测的基本前提之一。为了避免不同气体分子的交叉干扰，精准定位特定气体，光源还需要具有一定的波长可调谐特性，实现光谱分析的高选择性。因此，中红外单频窄线宽、波长可调谐激光光源在国防、医疗、大气环境监测和医疗健康等领域具有重要应用需求。

目前中红外单频激光光源主要有分布式反馈(DFB)半导体量子级联激光器(DFB-QCL)【C.S.Kim,M.Kim,J.Abell,W.W.Bewley,C.D.Merritt,C.L.Canedy,I.Vurgaftman,andJ.R.Meyer,“Mid-infrared distributed-feedback interband cascade lasers withcontinuous-wave singlemode emission to 80℃,”Appl.Phys.Lett.101,061104(2012).】和带间级联激光器(DFB-ICL)[W.Zeller,L.Naehle,P.Fuchs,F.Gerschuetz,L.Hildebrandt,J.Koeth,“DFB Lasers Between 760nm and 16μm for SensingApplications,”Sensors 10,2492-2510(2010).]、分布式反馈(DFB)光纤激光器[W.H.Loh,R.I.Laming,“1.55μm phase-shifted distributed feedback fibre laser,”Electronics Letters 31(17),1440-1442(1995)]和光参量振荡器(OPO)或放大器(OPA)等其他固体激光器。

固体中红外OPO和OPA系统不仅输出线宽较宽，而且光路复杂，成本高，体积较大，便携性能差。

半导体DFB-ICL和DFB-QCL的输出波长可以覆盖3μm以上所有中红外波段；由于QCL和ICL的DFB谐振腔非常短(毫米量级)，同时受到自发辐射和载流子噪声等影响，实际输出线宽受限在MHz量级，且其输出功率在波长调谐过程中发生变化；另外，半导体激光器对来自环境的温度、静电冲击等影响非常敏感，工作时需要温控单元及电路保护单元，增加了器件的复杂性。

相比较而言，DFB光纤激光器不仅继承了光纤激光器输出空间模式好、与其他光纤器件实现低损熔接、结构紧凑和输出功率提升能力强等优点之外，DFB光纤激光器的谐振腔长度在几个至几十厘米范围，比半导体DFB激光谐振腔长3-4个数量级，使得激光输出线宽更窄，在kHz量级；此外，在波长调谐过程中，输出功率基本保持不变。所以，光纤DFB激光技术是突破中红外半导体DFB-QCL、DFB-ICL窄线宽激光器面临的kHz线宽技术瓶颈的有效途径之一。