[发明专利]2.33μm激光光源以及两种气体级联的4.66μm波段光纤气体激光器

说明书

本发明提供了2.33μm激光光源以及两种气体级联的4.66μm波段光纤气体激光器，包括泵浦源、泵浦耦合光学系统、第一级反共振空芯光纤、级间耦合光学系统、第二级反共振空芯光纤以及输出准直光学系统。所述泵浦源采用中心波长为2.05μm波段的可调谐、高功率窄线宽脉冲激光光源。第一级反共振空芯光纤的纤芯内填充的增益介质为氢气。第二级反共振空芯光纤的纤芯内填充的增益介质为一氧化碳气体。本发明采用级联的结构，第一级使用氢气作为增益气体，利用氢气的频移系数将较容易获得的2.05μm光纤激光转化为目前较为缺乏的2.33μm激光，解决了第二级利用一氧化碳气体作为气体分子本征吸收增益气体的泵浦激光光源缺乏的问题。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，具体地涉及一种两种气体级联的中红外窄线宽光纤气体激光器。

背景技术

中红外波段激光在很多领域具有重要的应用，如遥感、通信、生物医疗、分子检测等。目前产生中红外激光的主要手段有固体激光器、量子级联激光器、气体激光器、光纤激光器等。固体激光器结构紧凑，体积较小，但是受限于掺杂离子和掺杂技术等原因，其输出波长拓展较困难，且效率和功率普遍不高。量子级联激光器的输出带宽很宽，且可以实现小型化，但是它对加工水平要求很高，电流阈值大，光束质量较差，通常需要在低温下工作。气体激光器是产生中红外激光输出的一种重要方式，由于可选择的增益气体种类众多，输出波长涵盖了从紫外到毫米波范围的光谱。但是，传统气体激光器的系统结构通常较为复杂，体积庞大，在实际应用中受到了限制。光纤激光器具有作用距离长、光束质量好、稳定性高、转换效率高、散热好等特点，是产生便携、稳定、高效的中红外激光的重要手段。尽管近十年来中红外光纤激光器的发展取得了巨大的进展，室温下最长波长已达到3.92μm，3μm最大输出功率也已经达到了10W级功率水平，但是光纤激光器在进一步功率拓展和功率提升的方面受到了诸多因素的限制。

空芯光纤的出现有效地结合了气体激光器与光纤激光器的优点，简化了传统气体激光器的结构，同时将激光约束在极小的纤芯区域内，大大增加了激光与气体的相互作用，可极大提升激光转换效率。

传统的光抽运一氧化碳激光器产生4.66μm激光的泵浦源在2.33μm波段，但是目前在2.33μm波段的光纤激光难以获得，原因主要有两个方面。其一，光纤激光器主要依靠稀土离子来进行增益，而目前稀土离子在2.33μm附近并无增益带，通常只到2050nm，因此通过稀土掺杂的光纤激光器难以实现2.33μm的激光输出，只能通过拉曼来实现。然而利用实芯光纤的拉曼要进行多级级联才能产生2.33μm激光。其二，硅酸盐玻璃实芯光纤在2.2μm以上波段的传输损耗迅速增加，只能用中红外软玻璃光纤，损伤阈值大大降低。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了2.33μm激光光源以及两种气体级联的4.66μm波段光纤气体激光器。其中的两种气体分别是氢气和一氧化碳，本发明结合光纤气体激光器拉曼和气体分子本征吸收跃迁的两种原理和利用空芯光纤作为气体载体从而增强了激光与气体相互作用的优点，克服了2.33μm光纤光源难以实现的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

两种气体级联的4.66μm波段光纤气体激光器，包括泵浦源、泵浦耦合光学系统、第一级反共振空芯光纤、级间耦合光学系统、第二级反共振空芯光纤以及输出准直光学系统。所述泵浦源采用中心波长为2.05μm波段的可调谐、高功率窄线宽脉冲激光光源。泵浦源发出的泵浦激光经泵浦耦合光学系统耦合进第一级反共振空芯光纤的纤芯内，第一级反共振空芯光纤的纤芯内填充的增益介质为氢气。从第一级反共振空芯光纤输出的激光作为第二级的泵浦光经级间耦合光学系统耦合进第二级反共振空芯光纤的纤芯内，第二级反共振空芯光纤的纤芯内填充的增益介质为一氧化碳气体，从第二级反共振空芯光纤输出的激光经输出准直光学系统准直滤波后输出。