硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器的制作方法

本发明属于光纤激光器技术领域，具体地涉及一种硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器。

背景技术：

光纤激光器因其结构简单紧凑、工作稳定可靠、光束质量好、效率高等优点而具有极高的研究意义和应用价值，在国防工业、医疗安全和光纤通信等领域具有重要应用。基于光纤中受激拉曼散射的拉曼光纤激光器，具有波长灵活、增益谱宽等优势，可同时实现高功率与宽波段输出，自发明以来逐渐成为光纤激光技术领域的研究热点。

常规的拉曼光纤激光器采用无掺杂的硅基光纤或者掺锗硅基光纤作为增益介质，泵浦光在无源光纤中传输时发生受激拉曼散射效应，主要利用拉曼增益谱中频移在13.2thz处的拉曼增益峰提供增益，量子亏损在5％左右，这会导致激光器的功率转换效率降低，产生热透镜、热致模式不稳定等效应，制约着拉曼光纤激光器的功率提升。为了解决这个问题，人们把目光转向掺杂特殊元素的光纤，如掺磷光纤。磷元素的拉曼增益特性可使光纤激光器的量子亏损大大降低，但其面临着增益竞争等较为严重的难题，限制了掺磷光纤激光器的性能提升。而硼元素可以在较低频移的玻色峰处提供更高的增益，相比磷元素来说是个更好的选择。但由于硼元素自身的特性，当其掺杂在光纤纤芯中会形成负折射率，无法满足光纤内部纤芯与包层间的全反射条件，不能形成稳定的光波导结构，加上掺硼光纤的制作工艺较为复杂，种种原因制约着掺硼光纤在光纤激光器等领域的应用与发展。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，其能够大幅降低热负载，提高能量转换效率，从而进一步提升拉曼光纤激光器输出功率。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

本发明提供一种硼磷共掺光纤，其纤芯掺杂b2o3和p2o5。目前尚未有纤芯同时掺杂硼和磷的光纤的报道。本发明纤芯掺杂b2o3和p2o5，磷元素可提高纤芯折射率，使光纤内部满足纤芯与包层之间全反射条件，形成稳定的光波导结构；同时利用硼元素拉曼增益谱中频移较小的拉曼增益峰提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，大幅降低热负载，提高激光器的能量转换效率，实现拉曼光纤激光器的输出功率提升。

本发明提供一种基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，该拉曼光纤激光器中的拉曼光纤为硼磷共掺光纤，所述硼磷共掺光纤的纤芯掺杂b2o3和p2o5。拉曼光纤为硼磷共掺光纤，其中磷元素可提高纤芯折射率，使光纤内部满足纤芯与包层之间全反射条件，形成稳定的光波导结构；同时利用硼元素拉曼增益谱中频移较小的拉曼增益峰提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，大幅降低热负载，提高激光器的能量转换效率，实现拉曼光纤激光器的输出功率提升。

具体地提供的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤光栅、硼磷共掺光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；硼磷共掺光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。

进一步地，上述基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器中所述泵浦源为光纤激光器或半导体激光器。

进一步地，上述基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器中所述硼磷共掺光纤，根据实际需要可选择单模光纤、双包层光纤或多包层光纤。

进一步地，上述基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器中所述第一光纤光栅的反射率>95％，所述第二光纤光栅的反射率在4～50％之间。

进一步地，本发明提出的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，所述的由一对光纤光栅构成的振荡器结构，可根据实际需要使用多个光栅对(即高反射率光栅+低反射率光栅配合使用)。

本发明所述第一光纤光栅和第二光纤光栅根据实际需要也可以用体布拉格光栅代替。即基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一体布拉格光栅、硼磷共掺光纤、第二体布拉格光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一体布拉格光栅的输入端相熔接；第一体布拉格光栅的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；硼磷共掺光纤的另一端与第二体布拉格光栅的输入端相熔接；所述第二体布拉格光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。所述第一体布拉格光栅的反射率>95％，所述第二体布拉格光栅的反射率在4～50％之间。

更进一步的，本发明提出的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，所述的由一对光纤光栅构成的振荡器结构，可根据实际需要简化成开腔或半开腔结构。具体地，提供一种基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，为全开腔结构；其包括泵浦源、硼磷共掺光纤和端帽。所述泵浦源的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；所述硼磷共掺光纤另一端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。另外，提供一种基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，为半开腔结构，包括泵浦源、第一光纤光栅、硼磷共掺光纤和端帽。所述泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；所述第一光纤光栅的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；所述硼磷共掺光纤的另一端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。

更进一步的，本发明提出一种基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、第一光纤光栅、硼磷共掺光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与波分复用器的泵浦端相熔接，波分复用器的公共端与第一光纤光栅的输入端相熔接。第一光纤光栅的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；硼磷共掺光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。同样的，其中的第一光纤光栅和第二光纤光栅根据实际需要可使用多个光栅对(即高反射率光栅+低反射率光栅配合使用)，或者用体布拉格光栅代替。

本发明的有益效果如下：

本发明基于硼磷共掺光纤的磷元素特性，可提高纤芯折射率，使光纤内部满足纤芯与包层之间全反射条件，形成稳定的光波导结构。

本发明基于硼磷共掺光纤的拉曼增益特性，利用硼元素拉曼增益谱中频移较小的拉曼增益峰提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，大幅降低热负载，提高能量转换效率，实现拉曼光纤激光器的输出功率提升。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明所提供的硼磷共掺单模光纤的横截面及其折射率分布示意图。

图4是本发明实施例3的结构示意图。

图5是本发明实施例4的结构示意图。

1：泵浦源；2：第一光纤光栅；3：硼磷共掺光纤；4：第二光纤光栅；5：端帽；6：波分复用器。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

参照图1，本实施例提供的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源1、第一光纤光栅2、硼磷共掺光纤3、第二光纤光栅4和端帽5。所述泵浦源1的输出端与第一光纤光栅2的输入端相熔接；所述第一光纤光栅2的输出端与硼磷共掺光纤3的一端相熔接；所述硼磷共掺光纤3的另一端与第二光纤光栅4的输入端相熔接；所述第二光纤光栅4的输出端与端帽5相熔接，并通过端帽5输出拉曼激光。

所述泵浦源1为光纤激光器或半导体激光器。

所述硼磷共掺光纤3的结构示意图如图3所示，其纤芯掺杂b2o3和p2o5，根据实际需要可选择单模光纤、双包层光纤或多包层光纤。

所述第一光纤光栅2的反射率>95％，所述第二光纤光栅4的反射率在4～50％之间。其中，所述第一光纤光栅2和第二光纤光栅4根据实际需要可使用多个光栅对(即高反射率光栅+低反射率光栅配合使用)，或者用体布拉格光栅代替。

实施例2：

参照图2，本实施例提供的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源1、包括波分复用器6、第一光纤光栅2、硼磷共掺光纤3、第二光纤光栅4和端帽5。泵浦源1的输出端与波分复用器6的泵浦端相熔接，波分复用器6的公共端与第一光纤光栅2的输入端相熔接；所述第一光纤光栅2的输出端与硼磷共掺光纤3的一端相熔接；所述硼磷共掺光纤3的另一端与第二光纤光栅4的输入端相熔接；所述第二光纤光栅4的输出端与端帽5相熔接，并通过端帽5输出拉曼激光。

所述泵浦源1为光纤激光器或半导体激光器。

所述硼磷共掺光纤3的结构示意图如图3所示，其纤芯掺杂b2o3和p2o5，根据实际需要可选择单模光纤、双包层光纤或多包层光纤。

所述第一光纤光栅2的反射率>95％，所述第二光纤光栅4的反射率在4～50％之间。其中，所述第一光纤光栅2和第二光纤光栅4根据实际需要可使用多个光栅对(即高反射率光栅+低反射率光栅配合使用)，或者用体布拉格光栅代替。

实施例3：

参照图4，本实施例提供的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，是一种全开腔结构。其包括泵浦源1、硼磷共掺光纤3和端帽5。所述泵浦源1的输出端与硼磷共掺光纤3的一端相熔接；所述硼磷共掺光纤3的另一端与端帽5相熔接，并通过端帽5输出拉曼激光。

所述泵浦源1为光纤激光器或半导体激光器。

所述硼磷共掺光纤3的结构示意图如图3所示，其纤芯掺杂b2o3和p2o5，根据实际需要可选择单模光纤、双包层光纤或多包层光纤。

实施例4：

参照图5，本实施例提供的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，是一种半开腔结构，包括泵浦源1、第一光纤光栅2、硼磷共掺光纤3和端帽5。所述泵浦源1的输出端与第一光纤光栅2的输入端相熔接；所述第一光纤光栅2的输出端与硼磷共掺光纤3的一端相熔接；所述硼磷共掺光纤3的另一端与端帽5相熔接，并通过端帽5输出拉曼激光。

所述泵浦源1为光纤激光器或半导体激光器。

所述硼磷共掺光纤3的结构示意图如图3所示，其纤芯掺杂b2o3和p2o5，根据实际需要可选择单模光纤、双包层光纤或多包层光纤。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。