[实用新型]4μm波段激光光纤气体激光发生装置

说明书

4μm波段激光光纤气体激光发生装置，通过2μm波段泵浦激光与填充于反共振空芯光纤中的工作气体发生本征吸收跃迁，从而实现4μm波段激光输出。其中所述工作气体为HBr，或者所述工作气体是HBr和CO₂的混合气体。反共振空芯光纤能够为气体与泵浦光作用提供了近乎理想的环境，它可以有效地将泵浦光约束在微米量级的纤芯中，大大提高了泵浦强度和有效作用距离。本实用新型提高了HBr分子的利用率，结合了气体激光器输出功率高、损伤阈值高、竞争性非线性效应阈值高和光纤激光器结构紧凑、性能稳定、光束质量好、转换效率高等优点。

技术领域

本实用新型涉及激光发生设备技术领域，具体涉及一种4μm波段激光产生方法以及光纤气体激光发生装置。

背景技术

中红外激光波长涵盖了大多数分子振动吸收峰，在军事、生物医疗及大气通信等领域显示出巨大的应用前景，是国际研究的热点。

中红外激光有多种产生方式，总体上可以分为两种：一是利用激光器振荡放大直接产生(线性方法)；二是利用非线性频率变换。前者包括了固体激光器、半导体量子级联激光器、自由电子激光器、化学和气体激光器、泛频CO激光器和光纤激光器等，后者主要包括光学参量振荡器(OPO)和光学倍频激光器(CO2激光器倍频)。量子级联激光器在连续工作时产热较多，而且其受激区域较大，难以实现高功率单模输出；电子振动固体激光器可以实现2-5μm高效输出，但是热透镜效应限制了其功率的提高；光参量振荡器可以实现数瓦功率水平的可调谐中红外输出，但是其对泵浦源线宽以及偏振态要求较高；目前掺钬的氟化物光纤激光器可以实现3-4μm激光输出，但是功率水平和斜效率均较低，此外波长向更长波方向拓展也存在较大困难。

其中，光纤激光器由于作用距离长，光束质量好、稳定性高、转换效率高、散热效果好等优点最有希望实现便携、稳定、高效的中红外激光输出，引起了广泛关注。但是光纤激光器的输出功率受限于受激拉曼散射、受激布里渊散射、热透镜效应，光纤中常见的材料硅酸盐玻璃由于声子能量高达1100cm^-1，对于波长大于2.2μm的波段有很强的吸收，导致其损耗变得很大。氟化物玻璃和硫系玻璃具有更宽的传输带，比硅酸盐玻璃在长波段更有优势，但由于拉制工艺不成熟，材料昂贵，强度不好，应用没有硅酸盐玻璃光纤广泛，光纤激光器输出的功率随着发射波长的增加呈指数下降的趋势。

与固体激光器以及掺杂实心光纤激光器相比，气体激光器的竞争性非线性效应阈值高，光学损伤阈值高，在光束质量和功率水平上有着潜在优势。

空芯光纤的出现为解决传统的光纤激光器里存在的问题提出的一种新的方案，相较于传统气体激光器的气体腔，空芯光纤的纤芯的区域很小，在微米量级，作用距离更长，可以有几十米，作用效果更加充分，结构更加紧凑牢固，更加便于与其他装置连接。基于空芯光纤的气体激光器结合了光纤激光器和气体激光器各自的优势，相对实芯掺杂光纤在激光输出功率、线宽、波长选择等方面都具有潜优势，是非常有希望实现大功率可调谐中红外激光输出的一种有效手段。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种4μm波段激光产生方法以及光纤气体激光发生装置。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

本实用新型通过2μm波段泵浦激光与填充于反共振空芯光纤中的工作气体发生本征吸收跃迁，从而实现4μm波段激光输出。其中所述工作气体为HBr，或者所述工作气体是HBr和CO₂的混合气体。如果工作气体为HBr气体，HBr气体通过本征吸收2μm波段泵浦光然后跃迁产生4μm波段激光。如果工作气体是HBr和CO₂的混合气体，所述HBr和CO₂气体在2μm波段有重合的吸收带。通过调谐泵浦源中心波长对准HBr和CO₂的不同吸收线，从而实现4μm波段激光输出。