纤芯-包层共抽运的2μm波段低阈值掺铥光纤激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种纤芯-包层共抽运的2μπι波段低阈值掺铥光纤激光器，属于激光技术领域。
【背景技术】
[0002]以掺铥光纤作为增益介质的2μπι波段光纤激光器在激光雷达、远程探测、生物医学以及作为Ho = YAG(掺钬钇铝石榴石)固体激光器和光学参量振荡器的抽运源实现中红外波段激光输出等方面有重要应用价值，应用前景广泛。而且，所用器件目前均有商品化的光纤器件，系统易于全光纤化，结构简单、稳定性高。
[0003]铥离子(Tm3+)有多个吸收峰，因此掺铥光纤激光器在抽运波长方面有多个可选方案，通常的抽运波长分别位于790nm波段，1.06μπι波段和1.5μπι波段，且尤以790nm波段抽运和1.5μπι波段抽运最为常见。现有的2μπι波段光纤激光器的抽运方式为单一的抽运方式，SP包层抽运(通常对应790nm波段多模抽运)或纤芯抽运(通常对应1.5μπι波段单模抽运)。包层抽运方案通常借助于大功率的790nm多模激光二极管，可获得高的输出功率，同时借助高掺杂光纤中铥离子的交叉弛豫效应获得高的光-光转换效率(参见JACKSON S DjSABELLA A,LANCASTER D G.Applicat1n and Development of High-Power and Highly EfficientSilica-Based Fiber Lasers Operating at 2μηι[J].Selected Topics in QuantumElectronics, IEEE Journal, 2007,13(3): 567-72.(Jackson等，2μηι高功率高效率石英基光纤激光器的应用与发展，量子电子学主题选，IEEE期刊，2007年，第13卷，第3号))，但包层抽运决定了掺杂光纤对抽运光的吸收效率较低(通常在3?4dB/m)。尤其是当目标波长较短(在1.9μπι以下)时，除目标波长偏离铥离子增益谱中心导致增益系数较小之外，掺杂光纤对目标波长的再吸收损耗严重(参见AGGER S D,P0VLSEN J H.Emiss1n and absorpt1ncross sect1n of thulium doped silica fibers[J].0pt Express,2006,14(I):50-7.(Agger S D1Povlsen J H，掺铥石英光纤的发射截面和吸收截面，光学快讯，2006年，第14卷，第I号))，上述因素共同导致了包层抽运激光器的激光阈值高:2008年Bennets等报道了最大输出功率为110W的790nm包层抽运的1908nm掺铥光纤激光器，其激光阈值约为10W(参见BENNETTS SjHEMMING A,DAVIDSON A，et al.1lOff 790nm pumped 1908nm thuliumfibre laser;proceedings of the Opto-Electronics and Communicat1nsConference,2008 and the 2008 Australian Conference on Optical FibreTechnology OECC/ACOFT 2008 Joint conference of the,F 7-10 July 2008[C].(Bennetts S等，110瓦790纳米抽运的1908纳米掺铥光纤激光器，2008年澳大利亚光纤激光器技术会议))；2014年胡震岳等报道了最大输出功率为227W的790nm包层抽运的1908nm掺铥光纤激光器，其激光阈值为12W(参见HU Z-Y,YAN P,XIAO Q-R,et al.227-ff outputal1-fiberized Tm-doped fiber laser at 1908nm[J].Chinese Physics B,2014,23
(10): 104206.(Hu Z-Y等，227W 1908nm全光纤掺铥光纤激光器，中国物理B，2014年，第10卷))。在激光阈值高的同时，增益粒子的自发辐射将得到放大，放大的自发辐射(ASE)将使输出激光光谱劣化。在纤芯抽运方案中，由于抽运光在纤芯中传输，掺杂光纤对抽运光的吸收效率高，激光阈值低。Yamamoto等报道的1.57μπι纤芯抽运的1.9μπι掺铥光纤激光器，其激光阈值为95mW(参见YAMAMOTO T,MIYAJIMA YjKOMUKAI T.1.9μπι Tm-doped silica fibrelaser pumped at 1.57ym[J].Electronics letters,1994,30(3):220-1.(Yamamoto T等，
1.57μηι抽运的1.9μηι掺镑光纤激光器，电子学快报，1994年，第30卷，第3号))。但由于目前1.5μηι波段单模激光器输出功率有限，单纯的纤芯抽运方案对于2μηι掺镑光纤激光器的功率提升优势不明显。上述Yamamoto等人报道的1.57μηι纤芯抽运的1.9μηι掺镑光纤激光器，其最高输出功率仅为127mW，仅能满足低功率条件的应用，无法输出高功率激光，实用性远远低于790nm包层抽运的同类光纤激光器。因而，在保持790nm包层抽运的2μπι掺铥光纤激光器高的输出功率和光-光转换效率的同时，降低790nm包层抽运的2μπι掺铥光纤激光器的激光阈值有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是信号光波长在2μπι波段尤其是小于1.9μπι的790nm包层抽运的掺铥光纤激光器激光阈值高的问题。本发明提出一种纤芯-包层共抽运的2μπι波段低阈值掺铥光纤激光器，在保持了现有的790nm包层抽运的掺铥光纤激光器输出功率和光-光转换效率优势的前提下，利用1.5μπι波段单模抽运源纤芯抽运的高吸收效率和低激光阈值等特点，降低790nm波段多模抽运源包层抽运的2μπι波段(尤其是小于1.9μπι的波段)光纤激光器的激光阈值，同时有效抑制放大的自发辐射(ASE)的产生，抑制输出激光光谱的劣化。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种纤芯-包层共抽运的2μπι波段低阈值掺铥光纤激光器，由抽运源、增益介质、谐振腔构成。抽运源接谐振腔，增益介质位于谐振腔中。谐振腔为线形腔结构或环形腔结构。
[0007]抽运源的结构因谐振腔的构型不同而略有不同。当谐振腔为线形腔结构时，抽运源由790nm波段多模抽运源、1.5μπι波段单模抽运源和抽运-信号合束器组成。790nm波段多模抽运源接抽运-信号合束器的抽运端；1.5μπι波段单模抽运源接抽运-信号合束器的信号端;抽运-信号合束器的输出端接谐振腔。790nm波段多模抽运源为790nm波段多模激光二极管，输出尾纤为多模光纤。1.5μπι波段单模抽运源为1.5μπι波段单模光纤激光器或单模半导体激光器，输出尾纤为单模光纤。抽运-信号合束器的抽运端的输入尾纤为多模光纤，供790nm波段多模抽运源包层抽运;抽运-信号合束器的信号端的输入尾纤为单模光纤，供单模的1.5μπι波段单模抽运源纤芯抽运;抽运-信号合束器的输出尾纤为双包层光纤，其纤芯中传输1.5μπι波段的单模抽运光，包层中传输790nm波段的多模抽运光。
[0008]当谐振腔为环形腔结构时，抽运源由790nm波段多模抽运源、1.5μπι波段单模抽运源、抽运-信号合束器和波分复用器组成。790nm波段多模抽运源接抽运-信号合束器的抽运端；1.5μπι波段单模抽运源接波分复用器的第一输入端;波分复用器的第二输入端接谐振腔;波分复用器的输出端接抽运-信号合束器的信号端;抽运-信号合束器的输出端接增益介质。790nm波段多模抽运源为790nm波段多模激光二极管，输出尾纤为多模光纤。1.5μηι波段单模抽运源为1.5μπι波段单模光纤激光器或单模半导体激光器，输出尾纤为单模光纤。抽运-信号合束器的抽运端的输入尾纤为多模光纤，供790nm波段多模抽运源包层抽运;抽运-信号合束器的信号端的输入尾纤为单模光纤，传输1.5μπι波段的单模抽运光以及2μπι波段的信号光;抽运-信号合束器的输出尾纤为双包层光纤，其纤芯中传输1.5μπι波段的单模抽运光以及2μηι波段的信号光，包层中传输7 90nm波段的多模抽运光。波分复用器的第一输入端的尾纤为单模光纤，供