本发明涉及中红外激光技术领域，尤其涉及一种全光纤中红外超短脉冲激光发射器。
背景技术：
2～20μm中红外波段不仅包含了两个重要的大气传输窗口(3～5μm和8～13μm)，同时还覆盖了众多重要分子及原子的吸收峰，因此，工作波长位于该区域的激光源在大气通信、光谱探测、材料加工、红外对抗等诸多领域都具有重要的应用前景，其中，中红外超连续激光源因具有超宽的工作带宽近年来受到广泛关注。2008年美国塔夫茨大学P.Domachuk等人利用1550nm飞秒激光泵浦碲酸盐光子晶体光纤实现了0.789～4.87μm的超连续激光产生；2009年，日本丰田工业大学先端光子技术研究中心G.S.Chen等人利用1450nm飞秒激光泵浦氟化物光纤产生了从紫外覆盖到6.28μm中红外波长的超连续激光。相比碲酸盐光纤和氟化物光纤，硫化物光纤具有更高的非线性折射率和更长的红外透射边界，因此，特别适用于产生波长更长的中红外超连续激光。2014年，丹麦科技大学C.R.Petersen等人分别利用4.5μm和6.3μm波长的超短脉冲激光泵浦超高数值孔径的硫化物光纤，实现了1.5～11.7μm和1.4～13.3μm的中红外超连续激光产生，其中4.5μm和6.3μm波长的超短脉冲激光是通过对光参量啁啾放大的固体激光差频产生；2016年，日本丰田工业大学先端光子技术研究中心T.L.Cheng等人通过采用更长波长的9.8μm超短脉冲激光泵浦优化的零色散平坦硫化物光纤实现了2.0～15.1μm的中红外超连续激光输出，其中9.8μm超短脉冲激光源仍采用光参量啁啾放大的固体激光差频产生，这也是目前光谱最宽的中红外超连续激光源。可以看到，在已报道的超宽带中红外硫化物光纤超连续光源中，均采用传统固体激器作为泵浦，相比固体激光器，光纤激光器具有转化效率高、散热良好、光束质量好、易于集成等一系列优势，因此更加适合用于作为泵浦实现全光纤结构的超连续激光源。然而，由于缺乏有效的技术方案，目前光纤激光器难以在波长大于4μm的中红外波段产生高强度的超短脉冲光纤激光输出。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种全光纤中红外超短脉冲激光发射器，解决了现有技术中采用光纤激光器难以在波长大于4μm的中红外波段产生高强度的超短脉冲光纤激光输出的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全光纤中红外超短脉冲激光发射器，包括顺次连接的激光泵浦源、光纤环形器、氟化物拉曼光纤、沉积二维材料的氟化物微纳光纤、第五光纤光栅、泵浦合束器以及掺Dy3+硫化物光纤；
其中，光纤环形器包括第一端口尾纤、第二端口尾纤以及第三端口尾纤，激光泵浦源的激光泵浦源尾纤熔接第一端口尾纤，第三端口尾纤熔接氟化物拉曼光纤首端，在氟化物拉曼光纤首端依次刻写有第二光纤光栅、第三光纤光栅，氟化物拉曼光纤尾端刻写有第四光纤光栅，氟化物拉曼光纤尾端熔接沉积二维材料的氟化物微纳光纤，泵浦合束器包括泵浦输入端尾纤、信号光输入端尾纤以及出射端尾纤，泵浦输入端尾纤熔接第二端口尾纤，所述第二端口尾纤刻写有第一光纤光栅，信号光输入端尾纤与第五光纤光栅熔接，所述第五光纤光栅与沉积二维材料的氟化物微纳光纤熔接，所述出射端尾纤与掺Dy3+硫化物光纤熔接，掺Dy3+硫化物光纤输出端呈8度切割角；
进一步地，第一预设波长的激光具体为3μm波长的激光，第二预设波长的激光具体为2μm波长的激光。
进一步地，所述激光泵浦源尾纤具体为非掺杂的氟化物光纤。
进一步地，光纤环形器的第二端口尾端具体为氟化物光纤，第三端口尾端具体为氟化物光纤。
进一步地，所述第一光纤光栅具体为氟化物均匀光纤光栅，用于对3μm波长激光高反，对2μm波长激光高透。
进一步地，第二光纤光栅具体为氟化物啁啾光纤光栅，用于对4.58μm波长激光高反，且对第二谐振腔产生的4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光进行色散补偿从而窄化脉冲；第三光纤光栅具体为氟化物均匀光纤光栅，用于对3.62μm波长的一阶拉曼连续光纤激光高反。
进一步地，所述氟化物拉曼光纤具体为非掺杂的氟化物光纤，对应572cm-1的拉曼频移，用于为第一谐振腔和第二谐振腔提供拉曼增益。
进一步地，所述第四光纤光栅具体为氟化物均匀光纤光栅，用于对3.62μm波长的一阶拉曼连续光纤激光高反。
进一步地，所述第五光纤光栅具体为氟化物啁啾光纤光栅，刻写在一非掺杂的氟化物光纤上，用于对4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光半透半反，同时对第二谐振腔产生的4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光进行色散补偿从而窄化脉冲。
进一步地，所述掺Dy3+硫化物光纤用于作为增益介质对4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光放大，8度切割角用于减小掺Dy3+硫化物光纤端面的残余反馈。
本发明实施例至少具有如下技术效果或优点：
1、本发明将氟化物拉曼光纤激光被动锁模与掺Pr3+硫化物光纤脉冲放大相结合，在全光纤结构下可实现波长大于4μm的高强度超短脉冲光纤激光输出；
2、本发明仅采用一台双波长级联掺Ho3+氟化物光纤激光器作为泵浦源，便可利用双波长分别用于实现波长超过4μm的超短脉冲光纤激光产生和放大，大大的简化了系统结构；
3、本发明提出的双波长级联光纤激光器泵浦产生高强度中红外超短脉冲激光的方法具有良好的可移植性和可拓展性，可根据实际的波长需求，灵活设计输出超短脉冲光纤激光的波长；
附图说明
图1为本发明实施例中全光纤中红外超短脉冲激光发射器的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种全光纤中红外超短脉冲激光发射器，解决了现有技术中采用光纤激光器难以在波长大于4μm的中红外波段产生高强度的超短脉冲光纤激光输出的技术问题。
为了解决上述技术问题，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明提供的一种全光纤中红外超短脉冲激光发射器，如图1所示，包括顺次连接激光泵浦源1、光纤环形器4、氟化物拉曼光纤14、沉积二维材料的氟化物微纳光纤17、第五光纤光栅19以及掺Dy3+硫化物光纤；
具体的连接关系如下，该光纤环形器4包括第一端口尾纤5、第二端口尾纤6以及第三端口尾纤7，激光泵浦源1的激光泵浦源尾纤2熔接该第一端口尾纤5，形成第一光纤熔接点3，第三端口尾纤7熔接氟化物拉曼光纤14首端，形成第三光纤熔接点11。
该氟化物拉曼光纤14首端依次刻写有第二光纤光栅12、第三光纤光栅13，在该氟化物拉曼光纤14尾端刻写有第四光纤光栅15。
氟化物拉曼光纤14尾端熔接沉积二维材料的氟化物微纳光纤17，形成第四光纤熔接点16。
泵浦合束器22包括泵浦输入端尾纤10、信号光输入尾端21以及出射端尾纤23，其中，泵浦输入端尾纤10熔接第二端口尾纤6，形成第二光纤熔接点9，第二端口尾纤6刻写有第一光纤光栅8；该信号光输入尾端21熔接第五光纤光栅19，形成第六光纤熔接点20。第五光纤光栅19与沉积二维材料的氟化物微纳光纤17熔接，形成第五光纤熔接点18。
该出射端尾纤23与掺Dy3+硫化物光纤25熔接，形成第七光纤熔接点24，在该掺Dy3+硫化物光纤25输出端呈8度切割角26。
具体的实现原理：
激光泵浦源1产生的第一预设波长的激光和第二预设波长的激光，经光纤环形器4，第一预设波长的激光经第二端口尾纤6处的第一光纤光栅8的全反，由第三端口尾纤7输出，然后经第二光纤光栅12，在第三光纤光栅13、氟化物拉曼光纤14以及第四光纤光栅15构成的第一谐振腔中产生3.62μm波长的一阶拉曼连续光纤激光，随着激光泵浦源功率的增加，该第一谐振腔产生的3.62μm波长的一阶拉曼连续光纤激光作为泵浦源，经第二光纤光栅12、第三光纤光栅13、氟化物拉曼光纤14、第四光纤光栅15、沉积二维材料的氟化物微纳光纤17、第五光纤光栅19构成的第二谐振腔中产生并输出4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光，上述，激光泵浦源1产生的激光经光纤环形器4分束时，第二预设波长的激光经第二端口尾纤6的第一光纤光栅8时，将该第二预设波长的激光全透，然后经泵浦输入端尾纤10进入泵浦合束器22，与该第二谐振腔输出的4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光合束，由泵浦合束器22的出射端尾纤23输出，进入掺Dy3+硫化物光纤中，在第二预设波长激光的作用下，4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光被放大并由8度切割角输出4.58μm波长的超短脉冲激光。
在具体的实施方式中，该第一预设波长的激光具体为3μm波长的激光，第二预设波长的激光具体为2μm波长的激光。
激光泵浦源尾纤2为非掺杂的氟化物光纤用于输出激光泵浦源1产生的3μm和2μm波长连续激光。该光纤环形器4用于控制激光传播方向，激光传播方向仅遵从，该光纤环形器4第二端口尾纤6输入的激光从光纤环形器4第三端口尾纤7输出，该光纤环形器4第一端口尾纤5基质材料为氟化物，用于作为激光输入端，该第二端口尾纤6基质材料为氟化物，用于作为激光输出兼输入端，第三端口尾纤7基质材料为氟化物，用于作为激光输出端。
第一光纤光栅8为氟化物均匀光纤光栅，直接刻写在第二端口尾纤6上，反射中心波长为3μm，对3μm波长激光高反，对2μm波长激光高透，用于将3μm和2μm波长连续激光分离。
第二光纤光栅12为氟化物啁啾光纤光栅，直接刻写在氟化物拉曼光纤14首端，反射中心波长为4.58μm(对应二阶拉曼光纤激光波长)，对4.58μm波长激光高反，该第二光纤光栅12作为第二谐振腔一端反馈的同时还对4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光进行色散补偿从而窄化脉冲。
第三光纤光栅13为氟化物均匀光纤光栅，直接刻写在氟化物拉曼光纤14首端，且位于第二光纤光栅12后，反射中心波长为3.62μm(对应一阶拉曼光纤激光波长)，对3.62μm波长激光高反，该第三光纤光栅13作为第一谐振腔反馈端。
该氟化物拉曼光纤14具体为非掺杂的氟化物光纤，对应572cm-1的拉曼频移，用于提供拉曼增益，从而产生3.62μm波长的一阶拉曼光纤激光和4.58μm波长的二阶拉曼光纤激光。
第四光纤光栅15为氟化物均匀光纤光栅，直接刻写在氟化物拉曼光纤14尾端，反射中心波长为3.62μm(对应一阶拉曼光纤激光波长)，对3.62μm波长激光高反，该第四光纤光栅15作为第一谐振腔的另一反馈端。
该氟化物拉曼光纤14尾端与沉积二维材料的氟化物微纳光纤17熔接，该沉积二维材料的氟化物微纳光纤17用于对4.58μm波长的二阶拉曼光纤激光锁模产生超短脉冲光纤激光。
沉积二维材料的氟化物微纳光纤17与第五光纤光栅19熔接，该第五光纤光栅19为氟化物啁啾光纤光栅，且该第五光纤光栅19直接刻写在一段非掺杂的氟化物光纤上，反射中心波长为4.58μm(对应二阶拉曼光纤激光波长)，对4.58μm波长激光半透半反，该第五光纤光栅19作为第二谐振腔的另一反馈端，同时耦合输出，还对该4.58μm波长的二阶拉曼超短脉冲光纤激光进行色散补偿从而窄化脉冲。
泵浦合束器22的泵浦入射端口尾纤10基质材料为氟化物，用于入射2μm波长连续激光。
由第五光纤光栅19与泵浦合束器22的信号光入射端尾纤21熔接，该信号光入射尾纤21基质材料为氟化物，用于将4.58μm波长激光导入泵浦合束器22，该泵浦合束器22用于将2μm波长激光和4.58μm波长激光合束，该泵浦合束器22的出射端尾纤23基质材料为氟化物，用于将合束后的2μm波长激光和4.58μm波长激光输出。
然后，该泵浦合束器22的出射端尾纤23与掺Dy3+硫化物光纤25熔接，上述输出的合束的激光射入该掺Dy3+硫化物光纤25，该掺Dy3+硫化物光纤25作为增益介质，同时在2μm波长激光作用下，4.58μm波长的激光放大，最终由8度切割角26输出高强度的4.58μm超短脉冲激光，该激光可用于中红外超连续激光产生。该8度切割角26用于减小掺Dy3+硫化物光纤端面的残留反馈。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。