[发明专利]基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器及产生中红外激光的方法

权利要求书

1.一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，包括：N个带有多模尾纤输出的高功率中红外量子级联激光器、一个把N路多模尾纤合束成一路多模光纤输出的高功率中红外光纤合束器、一段锥形双包层拉曼增益光纤、刻写在锥形双包层拉曼增益光纤两端的中红外光纤布拉格光栅Ⅰ和中红外光纤布拉格光栅Ⅱ、一段光纤包层模式剥离器，所述中红外光纤布拉格光栅Ⅰ、锥形双包层拉曼增益光纤、中红外光纤布拉格光栅Ⅱ依次连接构成激光谐振腔，N个量子级联激光器输出激光注入光纤合束器，然后经光纤合束器传出，耦合进入所述激光谐振腔中，激光谐振腔输出激光经过腔外的光纤包层模式剥离器后，输出中红外4微米以上波长的激光；

其中，所述锥形双包层拉曼增益光纤由光纤纤芯以及依次包围在光纤纤芯外的第一包层、第二包层构成，第一包层的折射率略小于纤芯，第二包层的折射率显著小于第一包层，第一包层直径为纤芯直径的3倍以上，纤芯的横截面为圆形，第一包层的横截面和光纤合束器输出多模光纤纤芯的横截面相近，所述锥形双包层拉曼增益光纤的粗端为泵浦光输入端，细端为拉曼激光输出端，粗端和细端之间光纤尺寸沿光纤长度方向连续变小，纤芯和第一包层直径比例沿光纤长度方向恒定不变，拉锥比≥1.05；

所述中红外光纤布拉格光栅Ⅰ位于锥形双包层拉曼增益光纤粗端，中红外光纤布拉格光栅Ⅱ位于锥形双包层拉曼增益光纤细端，中红外光纤布拉格光栅Ⅰ和中红外光纤布拉格光栅Ⅱ的工作波长相同，且中红外光纤布拉格光栅Ⅰ的反射率大于中红外光纤布拉格光栅Ⅱ的反射率。

2.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，所述光纤纤芯的模场直径在5-200微米之间，数值孔径在0.01-0.2之间，所述第一包层具有和光纤合束器的输出多模光纤相近的大芯径和高数值孔径，其芯径在50-500微米之间，数值孔径在0.2-1.0之间。

3.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，所述锥形双包层拉曼增益光纤长度在0.5米-500米之间。

4.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，所述光纤纤芯、第一包层、第二包层的材料均为中红外玻璃，在中红外4微米以上波段高度透明，最长透明波段达到20微米。

5.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，N个所述中红外量子级联激光器具有相近的激光输出波长，其激光输出波长大于3.7微米，模式为连续激光或准连续激光输出，单个所述中红外量子级联激光器的输出耦合进入多模尾纤后输出功率在0.1-20瓦之间，输出光束质量M²在5-100之间。

6.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，所述光纤合束器置于热沉上。

7.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，所述光纤合束器通过加热拉锥方法制备得到。

8.根据权利要求1所述的一种基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器，其特征在于，所述中红外光纤布拉格光栅Ⅰ、中红外光纤布拉格光栅Ⅱ采用飞秒激光分别刻写在锥形双包层拉曼增益光纤两端。

9.权利要求1至8任一项所述的基于锥形双包层拉曼增益光纤的中红外全光纤激光振荡器产生中红外激光的方法，其特征在于，具体步骤是：

S1、采用一段锥形双包层单模拉曼增益光纤和拉曼增益光纤两端的中红外光纤布拉格光栅Ⅰ、中红外光纤布拉格光栅Ⅱ构成产生中红外激光的谐振腔；

S2、采用多个波长相近、功率接近、带多模尾纤输出的中红外量子级联激光器泵浦源，通过一个Nx1非相干多模光纤合束器产生N·η倍于单个中红外量子级联激光器输出功率的高泵浦功率；

S3、中红外高功率多模泵浦光经过低损耗全光纤熔接耦合进入激光谐振腔，在锥形双包层单模拉曼增益光纤的拉曼增益带内产生增益，并在谐振腔内来回振荡并实现高功率激光输出；

S4、从激光谐振腔输出的高功率激光经过腔外的光纤包层模式剥离器，去除激光输出中的残余泵浦光，实现中红外4微米以上波长的高功率近单模激光输出。