专利名称：一种钛宝石光子晶体光纤激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光器技术领域，具体涉及一种钛宝石光子晶体光纤激光器。
背景技术：
钛宝石(Ti =Al2O3，又称钛蓝宝石)激光器是一种新型的顺磁子固体可调谐激光 器，具有结构简单、性能稳定、寿命长、调谐范围宽(670-1200nm)、转换效率高、运转方便等 许多突出的优点。钛宝石激光器可用于激光测距、非线性光学、激光雷达和遥感等。钛宝石 激光器是迄今为止输出光谱在红外和近红外波段调谐范围最宽的固体激光器之一，若辅以 非线性光学频率变换技术，还可大大扩展其输出光谱范围，使其特点更突出、性能更优越。 由于它具有如此宽的波长调谐范围，因此在干扰与反干扰等光电对抗领域具有很大的吸引 力。掺钛蓝宝石(钛宝石，Ti3+:A1203)是激光晶体的一种，作为激光的工作物质，经泵 浦之后能发出激光，已成为超快激光器和可调谐激光器的首选增益介质。虽然其他增益介 质也在激光应用中找到一些细分市场，但钛宝石增益带宽宽、热导性能好、光学和机械性能 优异等特点，使得基于钛宝石的放大器仍然是绝大部分科研应用的首选。1986年，为获得比 染料激光器操作更简便的宽可调谐激光光源，以掺钛蓝宝石(钛宝石，Ti:S)为增益介质的 固体激光器应运而生。钛宝石激光器以调谐范围宽(670nm 1200nm)、输出功率大、转换效 率高、运转方式多等诸多优异特性而倍受青睐，成为固体可调谐激光器中迄今为止发展最 为迅速、最为成熟、最为实用，而且应用也最为广泛的一种激光器。目前市场上已有钛光纤和蓝宝石光纤。这些钛光纤是在光纤的外表层涂上一层二 氧化钛。由于掺杂二氧化钛的硅材料相对纯硅具有不同的热膨胀系数，拉丝后靠表面张力 的作用，涂钛光纤将会改善光纤的微裂纹，从而提高抗拉强度。蓝宝石单晶光纤具有特殊的 光学、物理性能，适用于高温环境，用作光纤传感器时具有更高的灵敏度、准确性和可靠性。 但蓝宝石光纤没有掺钛，而市场上的钛光纤掺的是二氧化钛不是三价的Ti离子，所以不具 备钛宝石的特性，无法在此基础上制作可调谐光纤激光器。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种输出激光转换效率 高、能量稳定、光束质量好的钛宝石光子晶体光纤激光器。本实用新型实现上述技术效果所采取的技术方案是—种钛宝石光子晶体光纤激光器，包括激光器底座、壳体、壳体内设置的泵浦源， 在壳体内且在泵浦源的输出光路上还依次设置有全反镜、聚焦透镜、钛宝石光子晶体光纤 和输出镜，泵浦源直接固定在底座上，全反镜、聚焦透镜、钛宝石光子晶体光纤和输出镜分 别设置在多维调节架上，多维调节架固定在底座上。与现有技术相比，本实用新型结构简单，仅需调节少数几个光学元件就可实现波 长调谐输出，增加了激光光源的实用性；由于结构简单，使得本实用新型体积小、造价低廉；由于设置有新型钛宝石光子晶体光纤，使得本实用新型电-光转换效率高、输出功率高且稳定。
图1是本实用新型结构示意图；图2是本实用新型另一种实施结构示意图；图3是本实用新型钛宝石光子晶体光纤剖视示意图；图4是本实用新型钛宝石光子晶体光纤侧面图。
具体实施方式
为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合实施例及附图对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在本实用新型实施例附图1中，该钛宝石光子晶体光纤激光器，包括激光器底座 7、壳体8、壳体8内设置的泵浦源1，在壳体8内且在泵浦源1的输出光路上还依次设置有 全反镜2、聚焦透镜3、钛宝石光子晶体光纤4和输出镜5，泵浦源1直接固定在底座7上、全 反镜2、聚焦透镜3、钛宝石光子晶体光纤4和输出镜5分别设置在多维调节架6上，多维调 节架6固定在底座7上。全反镜2为平面镜，且垂直泵浦源的输出光路而设置，其与泵浦源1的间距为 10 30cm。输出镜5为平面镜，其与钛宝石光子晶体光纤4的一端耦合连接，全反镜2与 输出镜5 —起构成谐振腔。全反镜2对532nm光高透，对800nm光全反；输出镜5对800nm光部分反射部分透 过，全反镜2和输出镜5构成谐振腔，既保证了激光在谐振腔内的振荡，又保证SOOnm激光 输出，该SOOnm激光从壳体8上的且设置在光路上的出口 9射出。聚焦透镜3的焦距优选为1 3mm，优选为采用20倍显微物镜，聚焦透镜3的作用 是将经全反镜2射入的激光聚焦后耦合进入钛宝石光子晶体光纤4纤芯中，从而实现激光 在钛宝石光子晶体光纤4纤芯中的传输。钛宝石光子晶体光纤4长度优选为5 20cm，该钛宝石光子晶体光纤4可以如图1中通过一个多维调节架6而固定在底座7上，也可以如图2中通过两个多维调节架6而固 定在底座7上，为了便于调节钛宝石光子晶体光纤4及其钛宝石光子晶体光纤4的稳固，优 选通过两个多维调节架6而固定在底座7上。多维调节架6可根据实际需求调节其支承构件在3维至5维空间的设置，本实用 新型可以灵活调节全反镜2、聚焦透镜3、钛宝石光子晶体光纤4和输出镜5位置以及仰角， 从而有效的保证了路上的激光垂直入射各构件，同时可调节聚焦透镜3位置或仰角，保证 激光经全反镜2射入的激光聚焦后射入到钛宝石光子晶体光纤4纤芯内。泵浦源1是Nd:YAG倍频泵浦源，该Nd:YAG倍频泵浦源输出的泵浦光波长为 532nm。实施例附图3中的钛宝石光子晶体光纤4包括光纤包层41，在光纤包层41的中 心轴线上还设置有光纤纤芯43，在光纤纤芯壁42上还覆有一层Ti =Al2O3薄膜增益介质，该Ti=Al2O3薄膜增益介质厚度为ιμπι 10 μπι，Ti=Al2O3薄膜增益介质由于是三价的Ti离 子，当接收到经聚焦透镜3聚焦后的泵浦光时，Ti3+被激活产生反转粒子，从而扩宽了该光 子晶体光纤的光吸收带宽和光发射带宽，改善了光纤的灵敏度、准确性和可靠性能，同时， 由于Ti3+ = Al2O是经过弱氧化沉积和高温固化结晶制备而成，从而改善了钛宝石光子晶体光 纤4的微裂纹，提高了钛宝石光子晶体光纤4的抗拉强度。实施例附图3中，在光纤纤芯43外围的光纤包层内设置还有与光纤纤芯43平行 的气孔44。气孔44的孔经尺度与光纤纤芯43内传输的光波波长大致在同一量级，且贯穿 器件的整个长度，光波可以被限制在光纤纤芯区传播。本实用新型结构简单，仅需调节少数几个光学元件就可实现波长调谐输出，增加 了激光光源的实用性；由于结构简单，使得本实用新型体积小、造价低廉；由于设置有新型 钛宝石光子晶体光纤，使得本实用新型电_光转换效率高、输出功率高且稳定。钛宝石光子晶体光纤激光器的工作原理钛宝石光子晶体光纤4中Ti=Al2O3具有 较宽的吸收带宽(400-600nm)和发射带宽(660-1200nm)，Ti3+电子能级与周围蓝宝石晶格 的振动能级之间的耦合是钛宝石晶体产生激光运转的关键。由泵浦源1所发射的激光经全 反镜2全反后，再经聚焦透镜3聚焦后射入到钛宝石光子晶体光纤4纤芯中时，Ti3+被激活 产生反转粒子，经过谐振腔(全反镜2和输出镜5)的激光振荡，输出中心波长为SOOnm的 激光。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围 之内。
权利要求1.一种钛宝石光子晶体光纤激光器，包括激光器底座、壳体、壳体内设置的泵浦源，其 特征在于在壳体内且在泵浦源的输出光路上还依次设置有全反镜、聚焦透镜、钛宝石光子 晶体光纤和输出镜，所述泵浦源固定在激光器底座上，全反镜、聚焦透镜、钛宝石光子晶体 光纤和输出镜分别设置在多维调节架上，所述多维调节架固定在底座上。
2.根据权利要求1所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的钛宝石光 子晶体光纤包括光纤包层、光纤包层的中心轴线上设置的光纤纤芯以及在光纤纤芯外围的 光纤包层内设置的与光纤纤芯平行的气孔，在所述的光纤纤芯壁上还覆盖有一层Ti=Al2O3 薄膜增益介质。
3.根据权利要求2所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的钛宝石光 子晶体光纤长度为5 20cm。
4.根据权利要求2所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的Ti=Al2O3 薄膜增益介质厚度为1 μ m 10 μ m。
5.根据权利要求1所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的全反镜与 泵浦源的间距为10 30cm，输出镜与钛宝石光子晶体光纤的一端耦合连接，全反镜与输出 镜一起构成谐振腔。
6.根据权利要求1或5所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的全反 镜和输出镜均为平面镜。
7.根据权利要求6所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的全反镜垂 直泵浦源的输出光路而设置。
8.根据权利要求1所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的聚焦透镜 焦距为1 3讓。
9.根据权利要求1所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的泵浦源是 Nd: YAG倍频泵浦源。
10.根据权利要求8所述的钛宝石光子晶体光纤激光器，其特征在于所述的Nd:YAG 倍频泵浦源输出激光波长为532nm。
专利摘要本实用新型公开了一种钛宝石光子晶体光纤激光器，包括激光器底座、壳体、壳体内设置的泵浦源，其特征在于在壳体内且在泵浦源的输出光路上还依次设置有全反镜、聚焦透镜、钛宝石光子晶体光纤和输出镜，泵浦源直接固定在底座上，全反镜、聚焦透镜、钛宝石光子晶体光纤和输出镜分别设置在多维调节架上，多维调节架固定在底座上。本实用新型结构简单、体积小、造价低廉、电-光转换效率高、输出功率高且稳定。
文档编号H01S3/067GK201838885SQ20102013145
公开日2011年5月18日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者仇明侠, 张敏, 翟剑庞, 郑婉君, 阮双琛 申请人:仇明侠, 张敏, 深圳大学, 翟剑庞, 郑婉君, 阮双琛