基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器，包括半導體光泵浦源、泵浦合束器和環形諧振腔，環形諧振腔內包括順次連接的雙包層摻Tm3+光纖、耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振無關隔離器及真實可飽和吸收體，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器之間還連接有全光纖立奧濾光器結構，全光纖立奧濾光器結構包括順次連接的第一45°傾斜光纖光柵、保偏光纖及第二45°傾斜光纖光柵。本發明專利技術有效的避免了單純利用非線性特性鎖模需要對泵浦光進行調制而無法自啟動，并且通過混合鎖模的方式可以縮短腔長，提高重復頻率，實現超短鎖模脈沖輸出，可集成度高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種中紅外光纖激光器，屬于光纖激光器領域，更具體的說是涉及一種基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器。
技術介紹
高效率、低損耗和體積小的2.0μm波段光纖激光光源目前已被廣泛應用于光譜學、紅外制導、激光通信以及激光醫療等科研、國防以及民用等領域。特別是由于水分子在近2.0μm區域具有一系列強烈的吸收譜線，人體中含有大量水分子的軟組織機體對此波段激光吸收非常強烈，已被廣泛用于諸如前列腺增生切割、膀胱腫瘤切除和泌尿結石碎石手術等生物軟組織切割醫療領域，值得一提的是，由于2.0μm皮秒量級超短脈沖激光對生物組織作用具有微小熱損傷和低震蕩波附帶損傷，目前高精確度2.0μm皮秒脈沖激光手術刀已經在腦干腫瘤和腦積水等神經外科手術中有臨床研究。相對于目前激光醫療中常用2.0μm Tm:YAG固體激光光源，光纖激光器具有光束質量好、轉換效率高、耦合損耗低和易于集成等顯著優勢。因此發展2.0μm中紅外光纖激光器，特別是新型超短脈沖光纖激光器有著重要的科學意義和應用價值。目前獲得脈沖寬度為皮秒以及飛秒量級超短脈沖的常用方法是鎖模，鑒于對激光器穩定性、普遍性、緊湊性和成本以及技術難度的考慮，中紅外波段大多采用被動鎖模的方式實現超短脈沖。而傳統的2.0μm中紅外被動鎖模光纖激光器主要包括：(1)利用光纖非線性效應的鎖模，如非線性放大環形鏡、非線性偏振旋轉等；(2)基于真實可飽和吸收體的鎖模，如半導體可飽和吸收鏡、單壁碳納米管等；(3)基于真實可飽和吸收體和利用光纖非線性效應的混合鎖模。由于單純利用光纖非線性效應鎖模需要較長的光纖滿足非線性效應和腔內<br/>色散值相互平衡，因此產生的超短脈沖重復頻率不高，并且無法自啟動；單純基于真實可飽和吸收體的鎖模弛豫時間較長，不易實現超短鎖模脈沖輸出。近年來，俄羅斯科學院M.A.Chernysheva等人同時基于光纖非線性效應和真實可飽和吸收體的鎖模結構，采用非線性放大環形鏡和單壁碳納米管混合鎖模結構、以及非線性偏振旋轉和單壁碳納米管混合鎖模結構實現了2.0μm波段的被動鎖模摻銩光纖激光器。然而，這兩種結構存在以下缺陷：(1)結構中只能使用偏振相關光隔離器，目的是作為起偏器；(2)引入非線性放大環形鏡的被動鎖模結構相較于非線性偏振旋轉結構是比較復雜的，并且引入較多的光器件將帶來更多額外的耦合損耗；(3)采用上述結構產生的鎖模孤子脈沖，其光譜具有明顯的克里邊帶，脈沖光譜克里邊帶阻礙了脈沖時域進一步窄化和峰值功率提高。而且，光譜邊帶會引起相鄰孤子脈沖間的相互作用，造成脈沖定時抖動，加劇長距離通信的誤碼率，嚴重制約了光纖信息容量的擴展，這對鎖模光纖激光器在光纖通信領域的實際應用造成了很大的障礙。
技術實現思路
本專利技術克服了現有技術的不足，提供了一種基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器，解決了以往中紅外光纖激光器無法自啟動和重復頻率低、弛豫時間較長及不易實現超短鎖模脈沖輸出的技術難題。為解決上述的技術問題，本專利技術采用以下技術方案：基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器,包括半導體光泵浦源、泵浦合束器和環形諧振腔，環形諧振腔內包括順次連接的雙包層摻Tm3+光纖、耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振無關隔離器及真實可飽和吸收體，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器之間還連接有全光纖立奧濾光器結
構，全光纖立奧濾光器結構包括順次連接的第一45°傾斜光纖光柵、保偏光纖及第二45°傾斜光纖光柵；其中，所述耦合器的耦合比為10:90，包括10％輸出端口和90％輸出端口共兩個端口，所述10％輸出端口連接有輸出光纖，所述90％輸出端口與所述第一偏振控制器連接；所述半導體光泵浦源為二極管激光泵浦源。所述半導體光泵浦源的泵浦源波長為793nm或1550nm。所述真實可飽和吸收體為單壁碳納米管。上述所有元器件的尾纖均為單模光纖。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1、本專利技術采用全光纖立奧濾光器結構有效的避免了單純利用非線性特性鎖模需要對泵浦光進行調制而無法自啟動，并且通過混合鎖模的方式可以縮短腔長，提高重復頻率，實現超短鎖模脈沖輸出，可集成度高，有利于便攜化和實際利用。2、本專利技術采用45°傾斜光纖光柵作為起偏器，起偏器為全光纖結構，不需要選用偏振相關隔離器，能提供更多的隔離器選擇性，結構簡單，成本低。3、本專利技術中溫度對保偏光纖折射率的改變可以引起全光纖立奧濾光器透射波長可調諧特性，改變透過的光的中心波長，其透射譜將隨著溫度的升高而藍移。4、本專利技術可移植性高，可以有效地抑制光譜克里邊帶，作能有效地減弱光譜克里邊帶急劇放大導致的主峰放大效率低的問題，可以進一步縮短脈寬，提高功率放大效率。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。圖1所示為本專利技術的結構示意圖；圖2所示為本專利技術雙包層摻Tm3+光纖中產生微米中紅外激光能級示意圖；圖中的標記分別表示為：1、半導體光泵浦源；2、泵浦合束器；3、雙包層摻Tm3+光纖；4、耦合器；5、第一偏振控制器；6、第一45°傾斜光纖光柵；7、保偏光纖；8、第二45°傾斜光纖光柵；9、第二偏振控制器；10、偏振無關隔離器；11、真實可飽和吸收體。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明。本專利技術的實施方式包括但不限于下列實施例。如圖1所示的基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器,包括半導體光泵浦源1、泵浦合束器2和環形諧振腔，環形諧振腔內包括順次連接的雙包層摻Tm3+光纖3、耦合器4、第一偏振控制器5、第二偏振控制器9、偏振無關隔離器10及真實可飽和吸收體11，所述第一偏振控制器5和第二偏振控制器9之間還連接有全光纖立奧濾光器結構，全光纖立奧濾光器結構包括順次連接的第一45°傾斜光纖光柵6、保偏光纖7及第二45°傾斜光纖光柵8；其中，所述耦合器4的耦合比為10:90，包括10％輸出端口和90％輸出端口共兩個端口，所述10％輸出端口連接有輸出光纖，所述90％輸出端口與所述第一偏
振控制器5連接；所述半導體光泵浦源1為二極管激光泵浦源。所述半導體光泵浦源1的泵浦源波長為793nm或1550nm。所述真實可飽和吸收體11為單壁碳納米管。上述所有元器件的尾纖均為單模光纖。本實施例的所述半導體激光泵浦源1產生波長為793nm的連續泵浦光并由泵浦合束器2耦合進環形諧振腔，通過由雙包層摻Tm3+(正三價銩離子)光纖3、耦合器4、第一偏振控制器5、第一45°傾斜光纖光柵6、保偏光纖7、第二45°傾斜光纖光柵8、第二偏振控制器9、偏振無關隔離器10和真實可飽和吸收體11組成的環形諧振腔中振蕩形成2.0μm的激光，最后由耦合器4分光輸出。其中，如圖2所示，雙包層摻Tm3+光纖3對應于波長為793nm的泵浦源并產生波長為2.0μm的激光，即半導體激光泵浦源1為二極管激光泵浦源，產生波長為793nm的連續泵浦光，經過泵浦合束器2耦合進入雙包層摻Tm3+光纖3的內包層中，基態能級3H6上的Tm3+吸收793nm泵浦光后被激發到激光上能級3H4，此時，若Tm3+的濃度足夠高，相鄰的兩個Tm3+間將發生交叉馳豫過程(3H4，3H6→3F4，3F4)，一個Tm3+通過光子自猝滅過程從能級3H4弛豫到能級3F4，同時釋放出光子，將另外一個本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器,其特征在于：包括半導體光泵浦源(1)、泵浦合束器(2)和環形諧振腔，環形諧振腔內包括順次連接的雙包層摻Tm3+光纖(3)、耦合器(4)、第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)、偏振無關隔離器(10)及真實可飽和吸收體(11)，所述第一偏振控制器(5)和第二偏振控制器(9)之間還連接有全光纖立奧濾光器結構，全光纖立奧濾光器結構包括順次連接的第一45°傾斜光纖光柵(6)、保偏光纖(7)及第二45°傾斜光纖光柵(8)；其中，所述耦合器(4)的耦合比為10:90，包括10％輸出端口和90％輸出端口共兩個端口，所述10％輸出端口連接有輸出光纖，所述90％輸出端口與所述第一偏振控制器(5)連接。

【技術特征摘要】
1.基于全光纖立奧濾光器結構的中紅外光纖激光器,其特征在于：包括半導體光泵浦源(1)、泵浦合束器(2)和環形諧振腔，環形諧振腔內包括順次連接的雙包層摻Tm3+光纖(3)、耦合器(4)、第一偏振控制器(5)、第二偏振控制器(9)、偏振無關隔離器(10)及真實可飽和吸收體(11)，所述第一偏振控制器(5)和第二偏振控制器(9)之間還連接有全光纖立奧濾光器結構，全光纖立奧濾光器結構包括順次連接的第一45°傾斜光纖光柵(6)、保偏光纖(7)及第二45°傾斜光纖光柵(8)；其中，所述耦合器(4)的耦合比為10:90，包括10％輸出端口和90％輸出端口共兩個端口，所述10％輸出端口...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李劍峰，胡韻簫，羅鴻禹，翟波，劉永，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51