一种频率转换光纤的制作方法

本发明属于光纤，具体涉及一种频率转换光纤。

背景技术：

1、激光是20世纪以来，人类继原子能、计算机、半导体之后的又一项重大发明。1958年，a.l.肖洛和c.h.汤斯共同论述了微波放大器的设想和指出了产生激光的方法。随后1960年，t.h.梅曼等人发明了世界上第一台(红宝石)激光器。激光从一问世就获得了超乎寻常的发展速度，其不仅使古老的光学科学和光学技术焕发新生，而且导致了与激光技术相关的一系列新兴产业的不断涌现。激光及其激光技术的发展与应用，极大地促进了人类生产力的蓬勃发展，深刻地影响了人们生活的方方面面。与传统固态激光器相比，光纤激光器是将稀土离子掺杂光纤用作增益介质，具有泵浦阈值低、耦合效率高、光束质量好、热管理方便、结构紧凑、可调谐范围宽等诸多优点，一直备受科研人员的青睐，成为激光研究领域的热点。光纤激光器业已在光通信、工业加工、医疗卫生、国防军事、科学研究等应用领域大展身手，表现出大有替代目前常用的传统固体和气体激光器的趋势。

2、非线性频率转换技术是激光器的一个重要研究方向，其使得激光器产生的波长成倍地增长。其中，倍频技术在短波长激光的发展中有着不可替代的作用。尤其是大功率连续波(cw)绿光激光在材料加工、钛蓝宝石激光器泵浦源、光参量振荡(opo)、全息成像、生物医学、原子冷却和捕获等领域有着广泛的应用价值。在绿光波段缺乏能够直接激射的增益介质情况下，使得基于1.0μm波段激光的二次谐波产生(shg)绿光激光是一种非常有吸引力的方式。早在1998年，guskov等人使用连续光纤激光和周期极化铌酸锂(ppln)晶体获得了功率440mw的绿光输出；2009年，samanta等人使用大功率连续单频光纤激光和掺mgo钽酸锂(lt)晶体获得了功率9.64w的532nm单频绿光输出；2014年，stappel等人采用掺mgo钽酸锂(lt)晶体的双级结构，同样使用1091nm大功率连续单频光纤激光，获得了功率12.8w的545.5nm单频绿光输出。其中，基于窄线宽单频光纤激光和周期极化非线性晶体，使用准相位匹配方式来获得连续绿光激光输出，其有效地结合了近红外光纤激光(基频光)和单级二次谐波装置的优势，不仅具有紧凑、实用化的结构，而且具有基频光纤激光固有的线宽窄、光束质量良好等诸多优点。

3、现有技术如公开号为cn108199253a的中国发明专利公开了高效倍频的装置及方法，包括箱体及位于箱体内的光学组件，箱体上设有入射光进口和出射光出口，光学组件包括以光线传播方向依次放置的光束准直装置、缩束镜组和多个倍频装置；倍频装置由通水热沉或温控炉进行温度控制，相邻两倍频装置之间设有分光镜，分光镜将上一倍频装置产生的混有基频光的倍频光分为基频光和倍频光，基频光进入下一倍频装置中，所有倍频光经偏振合束方法或光纤熔接方法进行合束后从一个出射光出口输出，或所有倍频光未经合束后从多个出射光出口输出。但是该发明存在高功率固体激光倍频中由于热致双折射会造成退偏。进一步的，导致能量利用率不高和倍频晶体的损伤等问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种转换效率高、使用寿命长、耐热性好的频率转换光纤。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、一种频率转换光纤，沿着光纤的长度方向包括头纤段、频率转换段和尾纤段或沿着光纤长度方向包括头纤段和频率转换段，所述频率转换段将传输激光频率转换为高频激光，或者将长波激光转换为短波激光。

4、作为优选，所述频率转换光纤沿着光纤的长度方向包括头纤段、频率转换段和尾纤段，所述头纤段的尾端与所述频率转换段的头端通过热熔接方式进行连接，所述频率转换段的尾端与所述尾纤段的头端通过热熔接方式进行连接，尾纤段尾端出射变频激光。

5、作为优选，所述频率转换光纤沿着光纤的长度方向包括头纤段、频率转换段，所述头纤段的尾端与所述频率转换段的头端通过热熔接方式进行连接频率转换段尾端出射变频激光。

6、作为优选，头纤段的结构包括头纤段纤芯和头纤段包层；所述头纤段纤芯的材料为石英玻璃、硼酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧卤化物玻璃中的一种或多种；所述头纤段包层的材料为石英玻璃、硼酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧卤化物玻璃中的一种或多种。

7、作为优选，频率转换段光纤的结构包括频率转换段纤芯和包层；所述频率转换段光纤的纤芯为具有频率转换效应的单晶纤维；

8、所述频率转换段光纤的包层为折射率略低于单晶纤维的玻璃材料或者晶体材料。

9、作为优选，所述单晶纤维为偏硼酸钡(β-bab2o4)、三硼酸锂(lib3o5)、磷酸二氢铵(adp)、磷酸二氢钾(kdp)、磷酸二氘钾(dkdp)、砷酸二氘铯(dcda)、砷酸二氢铯(cda)、铌酸锂(ln)、铌酸钡钠、铌酸钾、α型碘酸锂、砷化镓、砷化铟、硫化锌、碲化镉、碲、硒中的一种或多种；

10、所述包层为单晶材料、石英玻璃、硼酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧卤化物玻璃中的一种或多种；

11、所述频率转换段光纤的纤芯的截面为圆形、椭圆形、或多边形；所述频率转换段光纤的包层的截面为圆环、椭圆环或多边形环；

12、所述频率转换段光纤的纤芯的截面面积大于或等于4平方微米。

13、作为优选，尾纤段的结构包括尾纤段纤芯和尾纤段包层；所述尾纤段纤芯的材料为石英玻璃、硼酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧卤化物玻璃中的一种或多种；所述尾纤段包层的材料为石英玻璃、硼酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、氧卤化物玻璃中的一种或多种。

14、作为优选，头纤段纤芯的折射率减去所述头纤段包层的折射率大于或等于10-7；所述频率转换段纤芯的折射率减去所述频率转换段包层的折射率大于或等于10-7；所述尾纤段纤芯的折射率减去所述尾纤段包层的折射率大于或等于10-7。

15、作为优选，头纤段包层的材料与所述频率转换段的包层材料相同或者两者的折射率差小于或等于10-6；

16、所述尾纤段包层的材料与所述频率转换段的包层材料相同或者两者的折射率差小于或等于10-6。

17、本发明还涉及含有频率转换光纤的激光器，其结构包括依次连接且同轴设置的泵浦光源、聚焦透镜、半波片、偏振分光镜、所述的频率转换光纤、镀膜二色镜和聚焦透镜。

18、本发明的有益效果为：

19、(1)本发明提供一种频率转换光纤，所述频率转换光纤包括头纤段、频率转换段光纤、尾纤段，含有所述频率转换光纤的光纤激光器，sh功率和转换效率随着基频光功率的增加而持续增加，没有明显的下降趋势，转换效率极高。

20、(2)本发明所述的频率转换光纤，输出激光模式非常稳定，具有单横模tem001输出；在不同的输出功率下，mx2、my2在极小范围出现变动。本发明所述的频率转换光纤及含所述频率转换光纤的激光器具有很强的线性效应，随着泵浦功率的增加，功放级的平均输出功率都呈现线性地增加，光-光转换效率约为39.6％。

21、(3)本发明所述的频率转换光纤，即插即用，能过很好的匹配到激光器部件当中，简单方便，拆装成本极低。