[发明专利]全光纤4.3μm波段二氧化碳光纤气体激光器

说明书

全光纤4.3μm波段二氧化碳光纤气体激光器，包括泵浦源、光纤隔离器、输入实芯光纤、密封气体腔、反共振空芯光纤和输出实芯光纤。泵浦源依次连接光纤隔离器、输入实芯光纤。在第一密封气体腔中，输入实芯光纤的输出端与反共振空芯光纤的输入端耦合连接。在第二密封气体腔中，输出实芯光纤的输入端与反共振空芯光纤的输出端耦合连接。反共振空芯光纤内填充二氧化碳气体作为增益介质，第一密封气体腔或第二密封气体腔连接有抽真空以及充气系统。输入实芯光纤上刻写有输入光纤布拉格光栅，输出实芯光纤上刻写有第一输出光纤布拉格光栅和第二输出光纤布拉格光栅，形成谐振腔结构。本发明实现了4μm波段光纤激光输出，拓展了光纤激光的输出波长。

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，具体地涉及一种全光纤中红外窄线宽4.3μm光纤气体激光器。

背景技术

中红外激光(3-20μm)在军事和民用领域上应用广泛，尤其是3-5μm波段激光涵盖了大气的传输窗口，在通信、遥感、光电对抗等领域具有广泛的应用。目前产生中红外激光的手段主要有固体激光器，量子级联激光器，超连续谱激光器、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。光学参量振荡器具有较宽的调谐范围，并且可以实现高功率窄线宽的激光输出，但是其通常需要很高的泵浦强度，且对非线性晶体和系统内的光学器件具有很高的要求。其中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。气体激光器是产生高功率中红外激光光源的重要手段，传统的气体激光器输出功率已经达到兆瓦级，但是其系统体积庞大，结构复杂，不利于实际应用。

目前常见的二氧化碳激光器的主要工作波段在10.6μm波段，而4.3μm波段的激光辐射对应的吸收和发射截面相比于10.6μm波段的均低一个数量级以上，因此如果用传统的二氧化碳气体激光器的结构较难实现。然而低损耗的中红外空芯光纤的出现使其成为可能。空芯光纤将泵浦光束约束在直径为几十至百微米的纤芯区域内，同时可以有效传输几米至几十米的长度，极大地增加了泵浦光和气体的相互作用强度，即便气体吸收截面很小，泵浦光也可以被充分吸收，使得采用2μm波段泵浦产生4.3μm波段二氧化碳激光的过程更容易发生。但是由于空芯光纤的特殊周期性结构和需要在空芯光纤的纤芯内填充气体，使得基于空芯光纤的光纤气体激光器的全光纤化难以实现。

发明内容

针对现有技术难以实现全光纤的缺陷，本发明提出了一种全光纤4.3μm波段二氧化碳光纤气体激光器。其中波长为4300nm(包含)至4400nm(不含)的激光属于4.3μm波段激光。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

全光纤4.3μm波段二氧化碳光纤气体激光器，包括泵浦源、光纤隔离器、输入实芯光纤、第一密封气体腔、反共振空芯光纤、第二密封气体腔和输出实芯光纤。泵浦源为2μm波段可调谐窄线宽光纤激光器，其输出波长能够调节至二氧化碳在2μm波段吸收线的中央，泵浦源与光纤隔离器的输入端熔接，光纤隔离器的输出端与输入实芯光纤熔接，反共振空芯光纤的输入端和输出端分别真空密封于第一密封气体腔和第二密封气体腔中，在第一密封气体腔中，输入实芯光纤的输出端与反共振空芯光纤的输入端耦合连接。在第二密封气体腔中，输出实芯光纤的输入端与反共振空芯光纤的输出端耦合连接。第一密封气体腔或第二密封气体腔连接有抽真空以及充气系统，抽真空以及充气系统用于抽真空以及向密封气体腔以及反共振空芯光纤的纤芯中充入具有一定气压的二氧化碳气体以及缓冲气体。所述输入实芯光纤上刻写有4.3μm的输入光纤布拉格光栅，所述输出实芯光纤上刻写有2μm的第一输出光纤布拉格光栅和4.3μm的第二输出光纤布拉格光栅，形成谐振腔结构。