专利名称：超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器的制作方法
技术领域：
超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器技术领域[0001 ] 本实用新型涉及激光光电子技术领域，尤其涉及一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器。
背景技术：
[0002]通常把波长为3 25 μ m的波段定义为中红外波段，其中3飞μ m波段的中红外激光应用更为广泛。目前能够实现3飞μ m激光输出的方法主要有光学参量振荡法，差频振荡， 量子级联激光器以及气体激光器。利用光学参量振荡法实现中红外波段激光输出，需要使用超短脉冲激光泵浦源以及非线性晶体材料实现，成本较高；利用差频振荡法只能实现低功率的中红外波段激光输出，且转换效率低；量子级联激光器结构相对简单，转换效率相对较高，但是波长不可调谐；典型的中红外气体激光器有CO气体激光器和CO2气体激光器，但是气体激光器的缺点是体积庞大，使用不方便。[0003]针对以上几种实现中红外激光的方法的特点，可以利用光纤激光器产生中红外激光，光纤激光器体积小、重量轻、转换效率高、使用方便灵活、波长调制范围大、可以输出高光束质量高功率的激光。由于中红外材料以及掺杂工艺水平的限制，目前常用的稀土离子掺杂的ZBLAN光纤激光器发展较为成熟，但多为小功率输出，且激光输出波长小于4 μ m，对于波长需求大于4 μ m的应用受到限制。[0004]目前利用二元硫系玻璃材料光纤产生中红外超连续谱激光也有所报道，但其激励源多采用拉曼光纤激光器或者掺铥的光纤激光器，但是该中红外光纤超连续谱激光器的输出功率基本都是毫瓦量级，输出功率低，不能实现大功率的中红外超连续谱激光输出。[0005]因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是如何能够提出一种有效的措施，以解决现有的中红外超连续谱光纤激光器的输出功率低及耦合效率低的问题。实用新型内容[0006]本实用新型提供一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，用以解决现有的中红外超连续谱光纤激光器的输出功率低及耦合效率低的问题，实现高功率以及高耦合效率的中红外超连续谱激光输出。[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，包括脉冲光纤激光器、石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤，其中，所述脉冲光纤激光器发出的脉冲激光，通过石英光子晶体光纤产生波长范围为100(T2300nm的超连续谱激光，所述超连续谱激光作为激励源，激励硫系玻璃光纤，产生波长为200(T5000nm 的中红外超连续谱激光输出。[0008]进一步地，所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器还包括放大级，脉冲光纤激光器发出的脉冲激光进入放大级后再通过石英光子晶体光纤产生波长范围为100(T2300nm的超连续谱激光。[0009]进一步地，所述脉冲光纤激光器的腔型结构包括F-P腔、环形腔以及8字锁模环形腔。[0010]进一步地，所述放大级为一级或多级放大结构，所采用的增益光纤包括掺铒的双包层光纤、铒镱共掺双包层光纤和掺镱的双包层光纤。[0011 ] 进一步地，所述放大级根据所采用增益光纤的材料确定自身所采用的半导体激光器激励源的波长。[0012]进一步地，所述石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤的连接方式为直接机械对接、 直接熔接或者透镜聚焦空间耦合方式。[0013]进一步地，当所述硫系玻璃光纤材料色散的零色散波长小于等于2300nm时，所述硫系玻璃光纤为普通单包层单模光纤。[0014]进一步地,当所述硫系玻璃光纤材料色散的零色散波长大于2300nm时,所述硫系玻璃光纤为设置有锥区长度和锥区芯径的锥形结构或者为带有空气孔的光子晶体光纤结构。[0015]进一步地，所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜将超连续谱激光进行聚焦耦合到硫系玻璃光纤产生波长为200(T5000nm 的中红外超连续谱激光输出，所述聚焦透镜镀对1000-2300nm波长激光的增透膜。[0016]综上，本实用新型所述的方案中使用超连续激光光源激励硫系玻璃光纤产生中红外超连续激光，避免使用无法达到高功率的拉曼光纤激光器以及昂贵的掺铥光纤激光器作为激励源，采用普通的掺镱、掺铒或者铒镱共掺光纤作为增益光纤能够实现高功率激光输出；采用三种耦合方式实现石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤的耦合，石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤若采用直接机械对接耦合方式，可以减小熔接难度，工艺非常简单，石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤若采用熔接方式可以实现全光纤结构，使用方便灵活，若在石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤之间熔接一段熔点匹配光纤可以一定程度上减小熔接损耗和提高耦合效率，石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤若采用透镜空间耦合方式，可以实现高耦合效率的中红外超连续谱激光输出。
[0017]图I是本实用新型的实施例I的一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器的结构示意图；[0018]图2是本实用新型的实施例2的一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器的结构示意图；[0019]图3是本实用新型的具体实施方式
中所述的硫系玻璃光纤的锥形结构示意图；[0020]图4是本实用新型的具体实施方式
中所述的硫系玻璃光纤的带有空气孔的光子晶体光纤结构示意图。
具体实施方式
[0021]由于硫系玻璃具有高折射率、高非线性特性，并具有较长的透红外截止波长 012 μ m)以及较低的声子能量，因此本实用新型实施例将硫系玻璃光纤用于中红外超连续谱光纤激光器中，以实现更高功率及更高耦合效率的3飞μ m波长的激光输出。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。[0022]实施例I :[0023]如图I所示，一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器具体包括脉冲光纤激光器I、石英光子晶体光纤3和硫系玻璃光纤4。[0024]本实施例中，脉冲光纤激光器I发出的一定重复频率、波长、脉宽的激光，经过石英光子晶体光纤3，产生波长范围在近红外附近的超连续谱输出，超连续谱经过硫系玻璃光纤4产生波长更长的超连续谱输出。[0025]本实施例中，石英光子晶体光纤3与硫系玻璃光纤4可以采用直接机械对接或者直接熔接。[0026]更为具体的，对于直接熔接这种连接方式，可以石英光子晶体光纤3与硫系玻璃光纤4之间熔接一段熔点匹配光纤，以减小熔点损耗和提高耦合效率。[0027]优选地，当硫系玻璃光纤4的材料色散的零色散波长小于等于2300nm时，硫系玻璃光纤4为普通单包层单模光纤；而当硫系玻璃光纤4材料色散的零色散波长大于2300nm 时，硫系玻璃光纤4的结构为如图3所示的设置有锥区长度和锥区芯径的锥形结构或者为如图4所示的设置有空气孔的光子晶体光纤结构。[0028]更为具体的，石英光子晶体光纤3产生的超连续谱激光的波长范围为 100(T2300nm，也即本方案中波长范围在近红外附近的超连续谱的波长范围为 100(T2300nm，波长更长的超连续谱的波长为200(T5000nm。[0029]实施例2 [0030]如图2所示，一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器包括脉冲光纤激光器I、放大级2、石英光子晶体光纤3、硫系玻璃光纤4和聚焦透镜6组成。[0031]本实施例中，脉冲光纤激光器I发出的一定重复频率、波长、脉宽的激光经过放大级2功率得到放大，功率经过放大之后的激光经过石英光子晶体光纤3，产生波长范围在近红外附近的超连续谱输出，超连续谱激光经过聚焦透镜6进行聚焦耦合到硫系玻璃光纤4 产生波长更长的超连续谱输出。[0032]优选地，当硫系玻璃光纤4的材料色散的零色散波长小于等于2300nm时，硫系玻璃光纤4为普通单包层单模光纤；而当硫系玻璃光纤4材料色散的零色散波长大于2300nm 时，硫系玻璃光纤4的结构为如图3所示的设置有锥区长度和锥区芯径的锥形结构以及如图4所示的光子晶体光纤结构。[0033]补充说明的，附图中，I、脉冲光纤激光器，2、放大级，3、石英光子晶体光纤，4、硫系玻璃光纤，5、输出激光,6、聚焦透镜。[0034]本方案中，脉冲光纤激光器I根据输出的超连续谱的波长和功率的要求，选择不同腔型结构的脉冲光纤激光器，其腔型结构包括F-P腔、环形腔以及8字锁模环形腔。[0035]同时，放大级2根据需要输出的超连续谱的波长和功率，选择一级或多级放大结构，所采用的增益光纤包括掺铒的双包层光纤、铒镱共掺双包层光纤和掺镱的双包层光纤。[0036]具体的，放大级2根据自身所采用的增益光纤不同，放大级根据自身所采用的半导体激光器激励源波长也不同。[0037]其中，石英光子晶体光纤3和硫系玻璃光纤4的连接方式为直接熔接或者空间耦合方式。更为具体的，所述硫系玻璃光纤4为设置有锥区长度和锥区芯径的锥形结构或者为如图4所示的设置有空气孔的光子晶体光纤结构。[0038]同时，聚焦透镜6可以镀对1000_2300nm波长激光的增透膜以提高耦合效率。[0039]本实用新型提供的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器而目前利用 MOPA结构光纤激光器(脉冲光纤激光器I和放大级2)和石英光子晶体光纤能实现产生高功率的近红外波段超连续谱激光，利用此高功率超连续谱激光作为激励源激励硫系玻璃光纤可以实现高功率(几十瓦)的中红外波段的超连续谱激光。此外，本实用新型提供的光路中采用了聚焦透镜的中红外超连续谱光纤激光器的耦合效率远高于现有的全光纤中红外超连续谱光纤激光器的耦合效率，具有很大的实用性。[0040]以上对本实用新型所提供的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，包括脉冲光纤激光器、石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤，其中，所述脉冲光纤激光器发出的脉冲激光， 通过石英光子晶体光纤产生波长范围为100(T2300nm的超连续谱激光，所述超连续谱激光作为激励源，激励硫系玻璃光纤，产生波长为200(T5000nm的中红外超连续谱激光输出。
2.根据权利要求I所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，还包括放大级，脉冲光纤激光器发出的脉冲激光进入放大级后再通过石英光子晶体光纤产生波长范围为100(T2300nm的超连续谱激光。
3.根据权利要求I所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，所述脉冲光纤激光器的腔型结构包括F-P腔、环形腔以及8字锁模环形腔。
4.根据权利要求2所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，所述放大级为一级或多级放大结构，所采用的增益光纤包括掺铒的双包层光纤、铒镱共掺双包层光纤和掺镱的双包层光纤。
5.根据权利要求4所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，所述放大级根据所采用增益光纤的材料确定自身所采用的半导体激光器激励源的波长。
6.根据权利要求I所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，所述石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤的连接方式为直接机械对接、直接熔接或者透镜聚焦空间耦合方式。
7.根据权利要求I所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，当所述硫系玻璃光纤材料色散的零色散波长小于等于2300nm时，所述硫系玻璃光纤为普通单包层单模光纤。
8.根据权利要求I所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，当所述硫系玻璃光纤材料色散的零色散波长大于2300nm时，所述硫系玻璃光纤为设置有锥区长度和锥区芯径的锥形结构或者为带有空气孔的光子晶体光纤结构。
9.根据权利要求I所述的超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，其特征在于，还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜将超连续谱激光进行聚焦耦合到硫系玻璃光纤产生波长为200(T5000nm的中红外超连续谱激光输出，所述聚焦透镜镀对1000_2300nm波长激光的增透膜。
专利摘要本实用新型提供了一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，涉及激光光电子技术领域，具体包括脉冲光纤激光器、石英光子晶体光纤和硫系玻璃光纤，其中，所述脉冲光纤激光器发出的脉冲激光，通过石英光子晶体光纤产生波长范围为1000~2300nm的超连续谱激光，所述超连续谱激光作为激励源，激励一段锥形结构或者带有空气孔的光子晶体光纤结构的硫系玻璃光纤，产生波长为2000~5000nm的中红外超连续谱激光输出。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种超连续谱光源激励的中红外超连续谱光纤激光器，用以实现高功率以及高耦合效率的中红外超连续谱激光输出。
文档编号H01S3/094GK202749673SQ201220385208
公开日2013年2月20日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者王智勇, 高静, 于峰, 代京京, 葛廷武 申请人:北京工业大学