专利名称：一种可见光光纤激光器及其调谐和调q的方法
技术领域：
本申请涉及激光技术领域，特别涉及一种可见光光纤激光器及其调谐和调Q的方法。
背景技术：
可见光激光在激光显示、光存储、生物医疗、海底通信、激光加工等方面有着广泛的应用。目前可见光激光的获得方法主要有三种一是通过激发相应禁带宽度的半导体材料。ニ是通过对包含半导体激光器在内的全固态激光器进行非线性频率转换。三是使用适当波长的激光器泵浦稀土掺杂材料。半导体激光器的最大的优点就是体积小、可直接调制，但是光束质量较差，在ー些对频率稳定性和光束质量要求较高的应用领域需要増加温度电 流控制系统和光束准直整形系统，这将大大增加系统的体积并降低系统的效率。而且虽然红光和蓝光半导体激光器发展的比较成熟，但是绿光的获得及功率寿命效率的提升仍比较困难。对于全固态激光器非线性频率转换技术获得的可见光激光，目前输出功率已经很大，光束质量也相对很高，但是这类光源需要复杂精密的调整技术和精确的温度控制，并且为了提高倍频效率，全固态激光器通常采用具有较高峰值功率的激光脉冲，増大了系统的安全隐患。除了以上两种方式外，人们还可以利用适当波长的半导体激光器泵浦镨(Pr)、铥(Tm)、钦(Ho)等稀土离子的激活介质来直接获得可见光激光。其中三价稀土离子Pr3+在可见光范围能同时激射红(波长约为720nm或635nm的红光)、橙(波长约为605nm的橙光)、绿(波长约为522nm的绿光)、蓝(波长约为482nm的蓝光)激光而受到广泛关注。根据泵浦激光器的工作波长，此类激光器可分为频率上转换型和频率下转换型频率下转换型需要使用较短的波长(例如蓝光)作为泵浦源，而频率上转换型使用红外光作为泵浦源，通过吸收两个以上的红外光光子以获得一个可见光光子。过去由于缺乏足够功率的低成本蓝光泵浦源，大部分的掺镨可见光激光器理论模拟和实验研究都围绕着频率上转换方案进行。近年来，随着GaN蓝光半导体激光器的飞速发展和逐渐成熟，采用GaN半导体激光器作为泵浦源实现频率下转换的掺镨可见光全固态激光器正在成为研究的重点。日本Osaka大学的Yasushi Fujimoto和Sumita公司的Masaaki Yamazaki报导了一种防水的掺镨氟化招玻璃材料(AlF3-YF3-PbF2),并使用GaN激光器泵浦这种掺镨氟化铝玻璃光纤获得了亚瓦级的连续红光和绿光输出以及瓦级的脉冲红光输出，但是他们使用棱镜与透镜组合将泵浦光耦合到纤芯中并且光纤端面暴露在空气中，所以系统的稳定性不好，需要精密的调整，而且体积很难进一歩的降低，从而很难应用于商用激光器中。日本Central Glass公司的化学研究中心的Okamoto等人，使用GaN LD泵浦掺Pr3+的ZBLAN光纤实现了可调可见光光纤激光输出，但是这个系统仍然使用了大量的光学镜片，棱镜等自由空间光学元件，不利于系统的集成和商品化。2011年，该小组使用粘贴在掺镨ZBLAN光纤端面的ニ向色镜作为激光腔镜，并在掺镨ZBLAN光纤左右两端分别熔接硅基光纤实现GaN泵浦光的耦合输入以及521nm绿光的耦合输出，但是这个全光纤化的掺镨ZBLAN光纤激光系统由于使用了宽带反射腔镜，从而输出激光的线宽较宽而且无法实现输出激光波长的调谐以及在连续蓝光泵浦下无法实现高峰值功率的脉冲输出。另外由于系统中光纤之间的接续方法使用了热熔接，使得掺镨氟化物光纤与熔点不同的耦合输入输出光纤的接续比较复杂。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是针对可见光激光器的实际需求提供ー种可以实现对稳态输出激光波长的调谐，还可以获得高峰值功率的调Q脉冲输出的可见光光纤激光器。为解决上述技术问题，本申请提供了一种可见光光纤激光器，包括蓝光泵浦源、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一压电驱动器、第二压电驱动器、掺镨氟化物光纤及稱合输出光纤。所述掺镨氟化物光纤分别与所述蓝光泵浦源和所述耦合输出光纤连接。所述第一
光纤光栅写在所述掺镨氟化物光纤或所述蓝光泵浦源的光纤上。所述第二光纤光栅写在掺镨氟化物光纤或耦合输出光纤上。所述第一光纤光栅固定在所述第一压电驱动器上。所述第二光纤光栅固定在所述第二压电驱动器上。进ー步地，所述蓝光泵浦源为带尾纤输出的蓝光LD系统或不带尾纤输出的LD系统。进ー步地，所述不带尾纤输出的蓝光LD系统将泵浦蓝光通过透镜组或透镜光纤的方式耦合到光纤中。进ー步地，所述第一光纤光栅是高峰值反射率的光纤光柵，所述第二光纤光栅是低峰值反射率的光纤光栅。进ー步地，所述掺镨氟化物光纤通过热熔接、陶瓷插芯、法兰盘或机械接续子的方式分别与所述蓝光泵浦源和耦合输出光纤连接。进ー步地，可见光光纤激光器还包括第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第三陶瓷插芯、第四陶瓷插芯、第一机械装置及第ニ机械装置。所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯放在第一机械对准装置上，并在第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯之间填充折射率匹配胶。所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯放在所述第二机械对准装置上，并在所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯之间填充折射率匹配胶。所述第一陶瓷插芯还与所述蓝光泵浦源连接。所述第二陶瓷插芯和所述第三陶瓷插芯还分别与所述參镨化合物光纤连接。所述第四陶瓷插芯还与所述耦合输出光纤连接。本申请还提供了ー种利用可见光光纤激光器进行调谐的方法，包括通过所述第一压电驱动器调节所述第一光纤光栅的长度；通过所述第二压电驱动器调节所述第二光纤光栅的长度；使所述第一光纤光栅的峰值反射波长和所述第二光纤光栅的峰值反射波长相同并且同步变化，实现对稳态输出激光波长的调谐。本申请还提供了一种可见光光纤激光器进行调Q的方法，包括控制所述第一所述压电驱动器为静止状态，使所述第一光纤光栅保持静止。控制所述第二压电驱动器随时间周期性变化，使所述第二光纤光栅的峰值反射波长周期性的靠近和偏离所述第一光纤光栅的峰值反射波长，从而获得高峰值功率的调Q脉冲。本申请提供的可见光光纤激光器可以实现稳态输出激光波长的调谐，还可以获得高峰值功率的调Q脉冲输出。
图I为本申请实施例一提供的可见光光纤激光器结构示意图。图2为本申请实施例ニ提供的可见光光纤激光器结构示意图。图3为本申请实施例三提供的可见光光纤激光器结构示意图。
具体实施例方式实施例一參见图1，本申请实施例提供的一种可见光光纤激光器，包括蓝光泵浦源I、第一光纤光栅2、第二光纤光栅3、第一压电驱动器4、第二压电驱动器5、掺镨氟化物光纤6及率禹 合输出光纤7。掺镨氟化物光纤6分别与蓝光泵浦源I的光纤和I禹合输出光纤7连接(通过热熔接、陶瓷插芯、法兰盘或机械接续子的方式连接)。第一光纤光栅2写在掺镨氟化物光纤6或蓝光泵浦源I的光纤上。第二光纤光栅3写在掺镨氟化物光纤6或耦合输出光纤7上。第一光纤光栅2固定在第一压电驱动器4上。第二光纤光栅3固定在第二压电驱动器5上。蓝光泵浦源I为带尾纤输出的蓝光LD系统或不带尾纤输出的蓝光LD系统(不带尾纤输出的蓝光LD系统通过透镜组或透镜光纤将蓝光稱合到光纤中)。第一光纤光栅是高峰值反射率的光纤光柵，所述第二光纤光栅是低峰值反射率的光纤光柵，具体为第一光纤光栅2和第二光纤光栅3在特定波长的激光处(如波长为720nm的红光或波长为635nm的红光或波长为605nm的橙光或波长为522nm的绿光或波长为482nm的蓝光)时,第一光纤光栅具有高峰值反射率，第二光纤光栅具有低峰值反射率。本申请还提供了ー种利用光纤光栅激光器调谐的方法，包括通过第一压电驱动器4调节第一光纤光栅2的长度。通过第二压电驱动器5调节第二光纤光栅3的长度。当第ー压电驱动器4和第二压电驱动器5同时变化时,第一光纤光栅稱合镜2和第二光纤光栅3的长度同时变化，使得第一光纤光栅2和第二光纤光栅3的峰值反射率相同，并且峰值反射波长随着压电驱动器变化而变化，从而实现了谐振波长及输出激光的调谐。本申请还提供了ー种利用光纤光栅激光器调Q的方法，包括控制第一压电驱动器2为静止状态，使第一光纤光栅2保持静止。控制第二压电驱动器5随时间周期性变化，使第二光纤光栅3的峰值反射率周期性的靠近和偏离第一光纤光栅2的峰值反射波长，从而获得高峰值功率的调Q脉冲。实施例ニ參见图2，将掺镨氟化物光纤6两端写上第一光纤光栅2和第二光纤光栅3，并将第一光纤光栅2固定在第一压电驱动器4上,将第二光纤光栅3固定在第二压电驱动器5上。将蓝光泵浦源I的尾纤和耦合输出光纤7分别与掺镨氟化物光纤6对准，并使用热熔接的方式(或采用陶瓷插芯、法兰盘或机械接续子的方式)使其相对位置固定。打开蓝光泵浦源I的温度和电流控制系统电源，使蓝光泵浦源I稳定工作，耦合输出光纤7的输出端将输出激光。通过第一压电驱动器4调节第一光纤光栅2的长度。通过第二压电驱动器5调节第二光纤光栅3的长度。当第一压电驱动器4和第二压电驱动器5同时变化时，第一光纤光栅耦合镜2和第二光纤光栅3的长度同时变化，使得第一光纤光栅2和第二光纤光栅3的峰值反射率相同，并且峰值反射波长随着压电驱动器变化而变化，从而实现了谐振波长及输出激光的调谐。控制第一压电驱动器4为静止状态,使第一光纤光栅2保持静止。控制第二压电驱动器5随时间周期性变化，使第二光纤光栅3的峰值反射波长周期性的靠近和偏离第一光纤光栅2的峰值反射波长。当第二光纤光栅3的峰值反射波长逐渐偏离第一光纤光栅2的峰值反射波长时，腔内损耗逐渐増大，当第二光纤光栅3的峰值反射波长逐渐靠近第一光纤光栅2的峰值反射波长时，腔内损耗逐渐减小。当腔内损耗大于增益时，无激光输出，吸收的泵浦光能量存储在上能级粒子上，当腔内损耗突然降低时，激光振荡迅速建立，在极短时间内上能级粒子数被消耗，转变为腔内的光能量，从而在耦合输出光纤7处获得高峰值功率的调Q脉冲输出。通过控制第二压电驱动器5变化的速度可以改变调Q脉冲的重复频率。实施例三參见图3,将蓝光泵浦源I光纤右端和稱合输出光纤7左端分别写上第一光纤光栅2和第二光纤光栅3 (在第一光纤光栅2右端和第二光纤光栅3左端留出适当光纤以便于连接和固定陶瓷插芯)。将掺镨氟化物光纤6两端分别安装陶瓷插芯9和陶瓷插芯11。 对第一光纤光栅2右端和第二光纤光栅3左端的光纤涂覆层进行处理并将其插入陶瓷插芯中并固定，将两个端面研磨光滑。将第一光纤光栅2固定在第一压电驱动器4上,将第二光纤光栅3固定在第二压电驱动器5上。将第一陶瓷插芯8和第二陶瓷插芯9放在第一机械对准装置14 (如V型槽对准装置)上，并在第一陶瓷插芯8和第二陶瓷插芯9之间填充折射率匹配胶12，从而使两者相对位置固定并减少端面反射和插入损耗。将第三陶瓷插芯10和第四陶瓷插芯11放在第二机械对准装置13 (如V型槽对准装置)上，并在第三陶瓷插芯10和第四陶瓷插芯11之间填充折射率匹配胶13，从而使两者相对位置固定并减少端面反射和插入损耗。打开蓝光泵浦源I的温度和电流控制系统电源，使泵浦源稳定工作，耦合输出光纤7将输出激光。通过第一压电驱动器4调节第一光纤光栅2的长度。通过第二压电驱动器5调节第二光纤光栅3的长度。当第一压电驱动器4和第二压电驱动器5同时变化时，第一光纤光栅耦合镜2和第二光纤光栅3的长度同时变化，使得第一光纤光栅2和第二光纤光栅3的峰值反射率相同，并且峰值反射波长随着压电驱动器变化而变化，从而实现了谐振波长及输出激光的调谐。控制第一压电驱动器4为静止状态,使第一光纤光栅2保持静止。控制第二压电驱动器5随时间周期性变化，使第二光纤光栅3的峰值反射波长周期性的靠近和偏离第一光纤光栅2的峰值反射波长。当第二光纤光栅3的峰值反射波长逐渐偏离第一光纤光栅2的峰值反射波长时，腔内损耗逐渐増大，当第二光纤光栅3的峰值反射波长逐渐靠近第一光纤光栅2的峰值反射波长时，腔内损耗逐渐减小。当可见光光纤激光器的腔内损耗大于增益时，无激光输出，吸收的泵浦光能量存储在上能级粒子上，当可见光光纤激光器腔内损耗突然降低时，激光振荡迅速建立，在极短时间内上能级粒子数被消耗，转变为腔内的光能量，从而在耦合输出光纤7处获得高峰值功率的调Q脉冲输出。通过控制压电驱动器5变化的速度可以改变调Q脉冲的重复频率。本申请实施例具有以下有益效果I、可以实现稳态输出激光波长的调谐。2、可以获得高峰值功率的调Q脉冲输出。3、可以使用陶瓷插芯，法兰盘，机械接续子等机械接续的方法，从而降低掺镨氟化物光纤与熔点不同的耦合输入输出光纤的接续的难度。4、结构简单，便于集成和商用化。最后所应说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管參照实例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请 的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种可见光光纤激光器，其特征在于，包括蓝光泵浦源、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一压电驱动器、第二压电驱动器、掺镨氟化物光纤及耦合输出光纤； 所述掺镨氟化物光纤分别与所述蓝光泵浦源和所述耦合输出光纤连接； 所述第一光纤光栅写在所述掺镨氟化物光纤或所述蓝光泵浦源的光纤上； 所述第二光纤光栅写在掺镨氟化物光纤或耦合输出光纤上； 所述第一光纤光栅固定在所述第一压电驱动器上； 所述第二光纤光栅固定在所述第二压电驱动器上。
2.根据权利要求I所述的可见光光纤激光器，其特征在于，所述蓝光泵浦源为带尾纤输出的蓝光LD系统或不带尾纤输出的蓝光LD系统。
3.根据权利要求2所述的可见光光纤激光器，其特征在于，所述不带尾纤输出的蓝光LD系统将泵浦蓝光通过透镜组或透镜光纤的方式耦合到光纤中。
4.根据权利要求3所述的可见光光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤光栅是高峰值反射率的光纤光栅，所述第二光纤光栅是低峰值反射率的光纤光栅。
5.根据权利要求4所述的可见光光纤激光器，其特征在于，所述掺镨氟化物光纤通过热熔接、陶瓷插芯、法兰盘或机械接续子的方式分别与所述蓝光泵浦源和耦合输出光纤连接。
6.根据权利要求5所述的可见光光纤激光器,其特征在于,还包括第一陶瓷插芯、第二陶瓷插芯、第三陶瓷插芯、第四陶瓷插芯、第一机械装置及第二机械装置； 所述第一陶瓷插芯和所述第二陶瓷插芯放在第一机械对准装置上，并在第一陶瓷插芯和第二陶瓷插芯之间填充折射率匹配胶； 所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯放在所述第二机械对准装置上，并在所述第三陶瓷插芯和所述第四陶瓷插芯之间填充折射率匹配胶； 所述第一陶瓷插芯还与所述蓝光泵浦源连接； 所述第二陶瓷插芯和所述第三陶瓷插芯还分别与所述参镨化合物光纤连接； 所述第四陶瓷插芯还与所述耦合输出光纤连接。
7.一种利用权利要求6所述的可见光光纤激光器进行调谐的方法，其特征在于，包括 通过所述第一压电驱动器调节所述第一光纤光栅的长度；通过所述第二压电驱动器调节所述第二光纤光栅的长度；使所述第一光纤光栅的峰值反射波长和所述第二光纤光栅的峰值反射波长相同并且同步变化，实现对稳态输出激光波长的调谐。
8.一种利用权利要求6所述的可见光光纤激光器进行调Q的方法，其特征在于，包括 控制所述第一所述压电驱动器为静止状态，使所述第一光纤光栅保持静止； 控制所述第二压电驱动器随时间周期性变化，使所述第二光纤光栅的峰值反射波长周期性的靠近和偏离所述第一光纤光栅的峰值反射波长，从而获得高峰值功率的调Q脉冲。
全文摘要
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种可见光光纤激光器，包括蓝光泵浦源、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一压电驱动器、第二压电驱动器、掺镨氟化物光纤及耦合输出光纤。所述掺镨氟化物光纤分别与所述蓝光泵浦源和所述耦合输出光纤连接。所述第一光纤光栅写在掺镨氟化物光纤或蓝光泵浦源的光纤上。所述第二光纤光栅写在掺镨氟化物光纤或耦合输出光纤上。第一光纤光栅固定在所述第一压电驱动器上。第二光纤光栅固定在所述第二压电驱动器上。另外，对第一光纤光栅、第二光纤光栅峰值反射波长的控制，可实现对输出激光的调谐和调Q。本发明提供的可见光光纤激光器可以实现对稳态输出激光波长的调谐，还可以获得高峰值功率的调Q脉冲输出。
文档编号H01S3/105GK102761049SQ20121026914
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者付松年, 唐明, 沈平, 石君 申请人:华中科技大学