[发明专利]2.33μm激光光源以及全光纤级联窄线宽4.66μm光纤气体激光器

说明书

本发明提出了2.33μm激光光源以及全光纤级联窄线宽4.66μm光纤气体激光器，包括泵浦源、输入实芯光纤、第一级反共振空芯光纤、第二级反共振空芯光纤以及输出单元，1.5μm波段泵浦激光在第一级反共振空芯光纤的纤芯中与纤芯中充入的一氧化碳气体相互作用，受激辐射跃迁生成的2.33μm激光，2.33μm激光在第二级反共振空芯光纤的纤芯中与纤芯中充入的一氧化碳气体相互作用，受激辐射跃迁生成的4.66μm；第二级反共振空芯光纤的输出端通过输出单元，实现4.66μm激光的输出。本发明利用CO气体的吸收辐射跃迁的特点，实现4.66μm激光输出。本发明克服了目前基于空芯光纤的光纤气体激光器未全光纤化的问题，同时克服了产生4.66μm激光的2.33μm光纤结构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，具体地涉及一种中红外窄线宽的光纤气体激光光源。

背景技术

3-5μm波段的中红外波段激光位于大气的传输窗口，在民用领域可用于通讯、生物医疗、环境监测，在军事方面可用于光电对抗。导弹尾焰探测等，受到了科学家们的广泛关注。

光纤激光器作为输出便携、稳定、高效中红外激光的重要手段，其光束质量好，结构紧凑，在中红外激光器领域具有巨大的发展前景。目前产生中红外的掺杂离子主要为Er³⁺、Ho³⁺和Dy³⁺等，但是由于掺杂离子的自终止效应，及其增益带的限制输出波长难以超过4μm。目前常用的中红外软玻璃光纤为ZBLAN光纤，其传输带的长波端大约为4.5μm，不能满足波长进一步向长波中红外区域的拓展，而硫属化物玻璃虽然传输窗口边缘可达9μm，但是稀土离子在该种材料中的溶解度较低。同时受限于软玻璃光纤损伤阈值较低和工作温度要求苛刻等问题，中红外光纤激光器的发展遇到瓶颈。

气体激光器具有损伤阈值高、散热好等特点，且其增益气体可选择种类众多(如CO₂、CO、HF等)输出波长范围广泛，是输出中红外激光的重要手段。但是，传统气体激光器的体积庞大不便于携带，不利于实际应用。空芯光纤的出现使得我们可以在空芯光纤中填充气体，形成光纤气体激光器。而基于空芯光纤的光纤气体激光器结合了光纤激光器与气体激光器的优点，既具有较高的损伤阈值，又简化了结构，便于制成产品携带，同时可选择的增益气体广泛，使得其可以突破掺杂稀土离子光纤激光器输出波长限制。

由于空芯光纤纤芯周围具有特殊的周期性结构，在全光纤化的过程中，如何实现实芯光纤与空芯光纤的全光纤耦合成为一大难题。传统实芯光纤间熔接的方法会破坏空芯光纤的周期性结构，使得熔接损耗大大增加，在实芯光纤与空芯光纤之间并不适用。因此，已有的基于空芯光纤的光纤气体激光器均为空间结构，而未进行全光纤化。

另外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，但由于常用的增益掺杂离子Er³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺等的增益带均不包含2.33μm波段，光纤结构的2.33μm激光光源较为缺乏。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了2.33μm激光光源以及全光纤级联窄线宽4.66μm光纤气体激光器。本发明结合光纤气体激光器损伤阈值高、结构简单紧凑、作用距离长和一氧化碳气体分子的吸收辐射跃迁的特点，克服了目前基于空芯光纤的光纤气体激光器未全光纤化的问题，同时克服了产生4.66μm激光的2.33μm光纤结构激光光源缺乏的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：