一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器的制作方法

1.本发明涉及激光技术领域，具体为一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器。


背景技术：

2.光纤激光器具有结构相对简单、光束质量好、转换效率高、热管理方便、能耗低等明显优势，已成为包括光谱学、工业制造、生物医疗、非线性光学以及国防安全等多个领域不可或缺的工具。
3.近年来，一种新型的有异于常规光纤激光器谐振腔结构的随机光纤激光器引起了学术界的广泛关注。利用光纤中的非线性效应可以为随机激光提供增益，目前已实现了拉曼随机光纤激光器和布里渊随机光纤激光器。随机光纤激光器无需常规光纤激光器中界限明确的谐振腔，从而降低了对腔体设计的要求，具备结构更加简单、可靠性更高、设计更加灵活等突出优点。近些年的研究表明，随机光纤激光器在高功率、高效率激光输出、多波长激光输出及特殊波段激光输出及相关应用方面已展现出其独特的优势。
4.随着光纤技术的发展，以光纤作为工作介质的光纤激光器近十年来也得到了突飞猛进的发展。同传统的气体激光器、化学激光器或块状固体激光器相比，光纤激光器具有结构相对简单、光束质量好、效率高、热管理方便、能耗低等明显优势。以高功率光纤激光器和超快光纤激光器为代表的光源已成为工业制造、地球与环境科学、医疗与生命科学等领域不可或缺的工具。随机光纤激光器的基础是随机激光。随机激光器是激光领域内一种具有新的反馈特性的分支，其核心思想是去除常规激光器中界限与参数非常明确的光学谐振腔，在介质中存在足够增益的基础上，利用无序介质中的多重散射来实现激光的激射。随机激光概念最早出现在20世纪60年代，在过去二十多年中，研究人员利用多种无序微纳介质结构来为随机激光器提供散射、增益或同时提供增益及散射，随机激光现象涉及到光子局域化、激光物理和光学非线性等诸多科学问题，具有重要的基础研究意义。
5.为了进一步促进随机光纤激光器的发展，本专利进行了基于折射率渐变多模光纤制作了一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器，解决了背景技术中提到的问题。
7.一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器，方案如下：
8.所述激光器包括泵浦模块、光纤反射镜、光纤布拉格光栅、合束器、双包层掺镱光纤和拉曼增益介质。
9.所述泵浦模块由两个976nm激光二极管组成，分别与合束器的两个泵浦光输入端相连；合束器的信号光输入端与光纤布拉格光栅的高反射输入端相连；光纤反射镜的输入端与光纤布拉格光栅的透射端相连；合束器的输出端与双包层掺镱光纤的一端相连；双包层掺镱光纤的另一端与拉曼增益介质折射率渐变多模光纤的一端相连；拉曼增益介质折射
率渐变多模光纤的另一端作为激光器的输出端，并作斜角切割，防止腔内激光反射。器件之间熔接点的连接损耗应小于0.03db。
10.当泵浦模块的两束976nm泵浦光通过合束器的两个泵浦光输入端合为一束泵浦光，并通过合束器的输出端入射到双包层掺镱光纤中，镱离子发生粒子数反转，产生1080nm基频激光。1080nm基频激光作为拉曼增益介质折射率渐变多模光纤的泵浦光入射到光纤中，发生受激拉曼散射效应，产生多阶斯托克斯光，由于本发明激光器具有由高反光纤布拉格光栅和光纤反射镜组成的全反射结构，将泵浦激光、泵浦掺镱光纤所产生的受激发射光、受激拉曼散射效应产生的多阶斯托克斯光进行全反射，激光器具有高转换效率。
11.如上述的一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器，其中，
12.优选的是，所述泵浦模块中的两个激光二极管工作波长为976nm，尾纤数值孔径为0.22。
13.优选的是，所述光纤反射镜的工作范围为1030-1400nm，与光纤布拉格光栅的透射端相连。
14.优选的是，所述光纤布拉格光栅的中心波长为1080nm，反射率大于99.9％。
15.优选的是，所述合束器为(2+1)
×
1型合束器，泵浦波长信号范围为780-1000nm其纤芯内径为105μm，内包层直径为125μm，信号波长范围为1020-1080nm，光纤型号为hi1060。
16.优选的是，所述双包层掺镱光纤的型号为nufern,10/130，长度为20m，纤芯直径为10μm，内包层直径为130μm。
17.优选的是，所述拉曼增益介质为折射率渐变多模光纤，其长度可在100-500m范围选取，纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，输出端作斜角切割，以消除有害反射。
18.本发明与现有技术相比具备以下有益效果：
19.本发明激光器具有全光纤结构，结构紧凑，成本低，性能稳定。采用由高反光纤布拉格光栅和光纤反射镜组成的全反射结构，形成了半开腔式拉曼光纤激光器，并且采用折射率渐变光纤作为拉曼增益介质，使激光器具有高转换效率和高输出功率，所输出的多阶斯托克斯光可应用于激光医疗等领域。
附图说明
20.图1为本发明一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光器的结构示意图；
21.图2为本发明激光器的输出光谱图；
22.图中：1、泵浦模块；2、光纤反射镜；3、光纤布拉格光栅；4、合束器；5、双包层掺镱光纤；6、拉曼增益介质。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例
25.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种半开腔式多波段随机拉曼光纤激光
器，包括泵浦模块1、光纤反射镜2、光纤布拉格光栅3、合束器4、双包层掺镱光纤5、拉曼增益介质6。
26.所述泵浦模块1由两个976nm激光二极管组成，分别与合束器4的两个泵浦光输入端相连；合束器4的信号光输入端与光纤布拉格光栅3的高反射输入端相连；光纤反射镜2的输入端与光纤布拉格光栅3的透射端相连；合束器4的输出端与双包层掺镱光纤5的一端相连；双包层掺镱光纤5的另一端与拉曼增益介质6折射率渐变多模光纤的一端相连；拉曼增益介质6折射率渐变多模光纤的另一端作为激光器的输出端，并作斜角切割，防止腔内激光反射。器件之间熔接点的连接损耗应小于0.03db。
27.当泵浦模块1的两束976nm泵浦光通过合束器4的两个泵浦光输入端合为一束泵浦光，并通过合束器4的输出端入射到双包层掺镱光纤5中，镱离子发生粒子数反转，产生1080nm基频激光。1080nm基频激光作为拉曼增益介质6折射率渐变多模光纤的泵浦光入射到光纤中，发生受激拉曼散射效应，产生多阶斯托克斯光，由于本发明激光器具有由高反光纤布拉格光栅3和光纤反射镜2组成的全反射结构，将泵浦激光、泵浦掺镱光纤5所产生的受激发射光、受激拉曼散射效应产生的多阶斯托克斯光进行全反射，激光器具有高转换效率。
28.在本实施例中，所述泵浦模块1中两个激光二极管的工作波长为976nm，尾纤数值孔径为0.22。所述光纤反射镜2的工作范围为1030-1400nm。所述光纤布拉格光栅3的中心波长为1080nm，反射率大于99.9％。合束器4为(2+1)
×
1型合束器，泵浦波长信号范围为780-1000nm，信号波长范围为1020-1080nm。所述双包层掺镱光纤5的型号为nufern,10/130，纤芯直径为10μm，内包层直径为130μm。所述拉曼增益介质6为折射率渐变多模光纤，在本实施例中其长度为500m，纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，输出端作斜角切割，在本实施例中作8
°
切割，但不只限于8
°
斜角，只需防止腔内激光反射即可。将上述器件进行熔接时，其熔接点连接损耗应控制在0.03db以内。
29.图2本发明激光器的输出光谱。如图2所示，双包层掺镱光纤5经泵浦后，所产生的基频激光的中心波长为1079.83nm，一阶斯托克斯光中心波长为1133.23nm，二阶斯托克斯光中心波长为1194.14nm，三阶斯托克斯光中心波长为1260.34nm，四阶斯托克斯光中心波长为1332.48nm，五阶斯托克斯光中心波长为1412.72nm。
30.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。