一种全光纤结构的中红外锁模激光振荡器

本发明涉及光纤激光器的，尤其涉及一种全光纤结构的中红外锁模激光振荡器。

背景技术：

1、响应波段在中红外成像探测器已广泛应用于红外制导导弹、红外侦查系统、光电预警系统等，用以对目标的精确打击和战场态势感知，大部分的探测器响应波段在2.5～3.3μm，使用该波段的中红外脉冲激光器辐照上述成像探测器，可在较低的平均功率下使其致盲失效，因此中红外脉冲激光器的研发在国防方面具有重要的应用价值。

2、目前，锁模激光技术是实现中红外超短脉冲光纤激光的主要手段，其原理是在激光谐振腔中的不同模式间引入固定的相位关系，从而达到超短脉冲激光输出的效果，但是目前主流中红外锁模光纤激光器中均用到了大量的二向色镜、透镜组、拨片等空间光器件，牺牲了光纤激光器的优势，大大降低了激光器的稳定性及灵活性，而全纤化便是解决这些问题的唯一途径。但由于氟化物光纤存在熔点低、热膨胀系数高、易析晶等特点，给诸如合束器、光纤光栅等光纤关键器件的发展带来困难，使得er3+：zblan锁模激光器的全纤化进程较为困难。

3、因此，为了锁模激光器的稳定性与集成性，拓宽激光器的应用范围，探索适配于氟化物玻璃光纤的工艺技术手段，并解决腔内色散精确调控难题，进而实现中红外锁模激光振荡器的全纤化是有必要的。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其能够适配于氟化物玻璃光纤的工艺技术手段，高质量地实现了中红外锁模激光振荡器的全纤化，在保持锁模激光输出质量的前提下，大大提升了系统的稳定性与集成性。

2、本发明的技术方案是：这种全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其包括：信号光纤（1）、中红外光纤合束器（2）、泵浦模块（3）、耦合输出镜（4）、可饱和吸收体（5）、中红外啁啾布拉格光纤光栅（6）；

3、所述信号光纤的一端设置中红外啁啾布拉格光纤光栅；中红外啁啾布拉格光纤光栅直接刻写在信号光纤上，在作为腔镜的同时用于对锁模激光器实现光纤化的色散调控；在信号光纤另一端距离端面10～20cm的地方设置中红外光纤合束器，所述合束器为侧面泵浦耦合器，包括信号光纤与泵浦光纤，将泵浦光纤拉锥，再将锥区部分缠绕到信号光纤去除涂覆层及外包层的位置，泵浦光纤锥区与信号光纤内包层形成耦合区，泵浦光通过耦合区从泵浦光纤中耦合入信号光纤中；所述中红外光纤合束器实现激光器的全纤化激光泵浦；所述泵浦模块为半导体激光器，输出尾纤与泵浦光纤通过熔接连接；信号光纤另一端对接耦合输出镜，在耦合输出镜上的对接区域放置可饱和吸收体；

4、泵浦模块中的泵浦光通过中红外光纤合束器进入信号光纤，在信号光纤的增益作用下激发2.8μm激光，激光通过可饱和吸收体形成脉冲光，经由中红外啁啾布拉格光纤光栅的色散调控作用实现腔内脉冲的反复压缩展宽变化，突破孤子极限，实现色散管理孤子脉冲的输出，最终在全纤化条件下输出2.8μm波段的超短脉冲激光。

5、本发明合束器为侧面泵浦耦合器，包括信号光纤与泵浦光纤，将泵浦光纤拉锥，再将锥区部分缠绕到信号光纤去除涂覆层及外包层的位置，泵浦光纤锥区与信号光纤内包层形成耦合区，泵浦光通过耦合区从泵浦光纤中耦合入信号光纤中；所述中红外光纤合束器实现激光器的全纤化激光泵浦，从而实现了泵浦环节的全纤化，避免了对物理性能相对较差的氟化物光纤进行熔接、拉锥等操作，利用啁啾布拉格光栅及耦合输出镜等器件代替激光器中空间耦合结构，实现激光器的全纤化，大大提高了激光器的集成性及稳定性；另一方面利用啁啾布拉格光栅与信号光纤在3μm波段表现出相反色散效应的特性，对激光器腔内脉冲进行色散管理，优化了锁模输出的脉冲质量，实现了激光器的超短脉冲输出，提高了激光器的应用价值，为中红外光纤激光器的发展提供了新思路；因此能够适配于氟化物玻璃光纤的工艺技术手段，高质量地实现了中红外锁模激光振荡器的全纤化，在保持锁模激光输出质量的前提下，大大提升了系统的稳定性与集成性。

技术特征：

1.一种全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：其包括：信号光纤（1）、中红外光纤合束器（2）、泵浦模块（3）、耦合输出镜（4）、可饱和吸收体（5）、中红外啁啾布拉格光纤光栅（6）；

2.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述信号光纤为双包层增益纤，其材质为掺杂铒离子的氟化物玻璃；所述氟化物光纤的纤芯数值孔径为0.1～0.3，内包层的数值孔径为0.4～0.6；纤芯的直径为2.5～30μm，内包层直径范围为125～300μm外包层的直径为125～600μm，长度为3～5m，离子浓度掺杂类型为重浓度掺杂；所述氟化物光纤产生并传输2.8μm波段的激光，在2.8μm波段表现为反常色散区，色散为-70～-100ps2/km；

3.根据权利要求2所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：泵浦光纤与信号光纤的组合方式为将拉锥后的泵浦光纤的前锥区平行贴近信号光纤，锥区缠绕在信号光纤内包层上，缠绕圈数为5～7圈，每圈缠绕角度相等且小于27o；所述泵浦光纤通过缠绕贴合的方式利用弱耦合效应将泵浦光高效率注入信号光纤。

4.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述光纤光栅为啁啾布拉格光纤光栅，利用逐点法或掩模板法直接刻写在信号光纤上；所述啁啾布拉格光纤光栅对在其纤芯中传输的2.8μm波段激光形成反射，反射率为90%以上。

5.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述光纤光栅为在光纤光栅上发生反射的2.8μm激光脉冲提供正色散，以此对在反常色散区运转的脉冲进行色散调控；所述光纤光栅提供的正色散量根据腔内信号光纤长度不同做出改变，使其始终小于并接近一个脉冲周期下信号光纤提供的负色散量。

6.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述耦合输出镜为中红外平面镜，其材质为蓝宝石、氟化钙的玻璃材料；所述耦合输出镜一面镀有光阻膜，对2.8μm激光的反射率为85～90%，另一面镀有抗反膜，对2.8μm激光的反射率低于0.25%，实现由镀有光阻膜的一面输入的2.8μm激光约90%功率的激光原路返回，10%功率的激光透射而过。

7.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述可饱和吸收体为低维锁模材料，其材质为碳纳米管、黑磷的可饱和吸收材料；所述可饱和吸收体的调制深度为8～20%，弛豫时间为10～50ps；所述可饱和吸收体对2.8μm激光产生可饱和吸收作用，实现2.8μm激光器的自启动锁模。

8.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述耦合输出镜与信号光纤对接的一面为镀有光阻膜的一面，饱和吸收体紧密贴服在耦合输出镜与光纤对接的一面上，并且完全覆盖通光区域。

9.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述信号光纤的两端端面为10o～16o，利用研磨或切割的方法处理端面，保证信号光纤端面整洁无划痕，避免端面菲涅尔反射引起寄生振荡，影响锁模稳定性。

10.根据权利要求1所述的全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，其特征在于：所述信号光纤利用化学腐蚀发去除耦合区涂覆层及外包层，所用化学试剂为二氯甲烷，腐蚀后用酒精清除残余的二氯甲烷，保证裸露的内包层表面无残余涂覆层及其他异物。

技术总结
一种全光纤结构的中红外锁模激光振荡器，能够适配于氟化物玻璃光纤的工艺技术手段，高质量地实现了中红外锁模激光振荡器的全纤化，在保持锁模激光输出质量的前提下，大大提升了系统的稳定性与集成性。包括：信号光纤（1）、中红外光纤合束器（2）、泵浦模块（3）、耦合输出镜（4）、可饱和吸收体（5）、中红外啁啾布拉格光纤光栅（6）。

技术研发人员：李平雪,王超,姚传飞
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12