一种双波长可切换光纤激光器及激光产生方法转让专利
申请号 : CN202110323580.8
文献号 : CN113078533B
文献日 : 2022-04-12
发明人 : 李剑峰 , 周锋 , 张婧蕾 , 常鹏飞 , 王晨晨 , 刘永
申请人 : 电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种双波长可切换光纤激光器,其特征在于:包括沿水平方向依次设置的第一激光3
泵浦源、第一准直透镜、二色镜、第一聚焦透镜、第一光纤光栅、第二光纤光栅、单包层掺Dy+
:InF3光纤、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第二聚焦透镜、第二准直透镜和第二激光泵浦源;第一光纤光栅和第四光纤光栅形成产生3μm激光的第一谐振腔,第二光纤光栅和第三光纤光栅形成产生4.3μm激光的第二谐振腔;
第一激光泵浦源产生波长为1.7μm的激光,第一准直透镜用于将1.7μm激光准直,第一
3+
聚焦透镜用于将1.7μm激光耦合进单包层掺Dy :InF3光纤纤芯;
第二激光泵浦源产生波长为2.35μm的激光,第二准直透镜用于将2.35μm激光准直,第
3+
二聚焦透镜用于将2.35μm激光耦合进单包层掺Dy :InF3光纤纤芯;
3+
二色镜用于反射单包层掺Dy :InF3光纤纤芯产生的输出激光。
2.根据权利要求1所述的双波长可切换光纤激光器,其特征在于:所述第一激光泵浦源和第二激光泵浦源均采用单模光纤激光器。
3+
3.根据权利要求1所述的双波长可切换光纤激光器,其特征在于:所述单包层掺Dy :InF3光纤的掺杂浓度为0.2mol%,纤芯直径为12μm,包层直径为80μm。
4.一种基于权利要求1所述双波长可切换光纤激光器的激光产生方法,其特征在于:包括
打开第一激光泵浦源,第一激光泵浦源发出1.7μm泵浦光;
3
1.7μm泵浦光经第一准直透镜准直后传输至第一聚焦透镜,然后耦合进入单包层掺Dy+
:InF3光纤的纤芯中;
第一谐振腔产生波长为3μm的激光;
产生的3μm激光经第一聚焦透镜传输至二色镜并经由二色镜反射输出;
打开第二激光泵浦源,第二激光泵浦源发出2.35μm泵浦光;
3
2.35μm泵浦光经第二准直透镜准直后传输至第二聚焦透镜,然后耦合进入单包层掺Dy+
:InF3光纤的纤芯中;
第二谐振腔产生波长为4.3μm的激光并抑制3μm激光的产生;
产生的4.3μm激光经第一聚焦透镜传输至二色镜并经由二色镜反射输出。
5.根据权利要求4所述的双波长可切换光纤激光器的激光产生方法,其特征在于:所述第一谐振腔产生波长为3μm的激光时能级变化过程为:
3+ 3+ 6 3+
1.1:1.7μm激光到达掺Dy :InF3光纤纤芯,掺Dy :InF3光纤中处于能级H15/2上的Dy 将6
通过1.7μm基态吸收过程跃迁至能级H11/2上;
6 6 6
1.2:处于能级H11/2上的离子通过多声子弛豫A逐渐到达能级 H13/2,使能级H13/2和能级6
H15/2之间形成离子数反转;
1.3:第一谐振腔产生波长为3μm的受激辐射。
6.根据权利要求4所述的双波长可切换光纤激光器的激光产生方法,其特征在于:所述第二谐振腔产生波长为4.3μm的激光时能级变化过程为:
3+ 6
2.1:2.35μm激光到达掺Dy :InF3光纤纤芯,经多声子弛豫A到达能级 H13/2的离子在
6 6
2.35μm激发态吸收过程作用下跃迁至合并能级F11/2H9/2上;
6 6 6
2.2:处于合并能级F11/2H9/2的离子通过多声子弛豫B到达能级H11/2;
6 6
2.3:在2.35μm激发态吸收过程的作用下,能级H13/2的离子数减少而能级H11/2的离子数
6 6
增大,能级H11/2和能级H13/2之间形成离子数反转;
2.4:第二谐振腔产生波长为4.3μm的受激辐射。
说明书 :
一种双波长可切换光纤激光器及激光产生方法
技术领域
背景技术
其中,稀土离子掺杂光纤激光器作为一种新兴的激光器,其体积小巧、空间紧凑且光束质量
优异等优点,使其成为产生3 5μm中红外激光的理想方案之一。目前,针对稀土离子掺杂光
~
纤激光器的激光发生研究主要包括两部分:
的激光输出,2018年,又用掺Dy :InF3光纤得到了3μm波长激光输出并观察到了4.3μm波长
的自发辐射;2019年,国防科大Yulong Cui等人基于空芯石英光纤获得了波长4.3μm的连续
激光;2020年,丹麦科技大学王亚洲等人在H2填充空芯石英光纤中获得了波长4.2μm的脉冲
激光。
光输出;2017年,加拿大麦克吉尔大学Chenglai Jia等人利用掺Tm 氟化物光纤得到了1.9μ
3+ 3+
m和2.3μm的双波长激光输出;2017年,深圳大学Chunyu Guo等人基于Er /Yb 共掺光纤得
到了1μm和1.5μm双波长激光输出。
波长单一。在多波长激光输出领域,虽然已有在同个激光装置中获得了双波长激光输出的
研究,但这些激光输出为同时产生的,无法实现切换输出,并且获得的双波长输出的最长波
长只达到了3μm。
发明内容
一准直透镜、二色镜、第一聚焦透镜、第一光纤光栅、第二光纤光栅、单包层掺Dy :InF3光
纤、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第二聚焦透镜、第二准直透镜和第二激光泵浦源;第一光
纤光栅和第四光纤光栅形成产生3μm激光的第一谐振腔,第二光纤光栅和第三光纤光栅形
成产生4.3μm激光的第二谐振腔;
第一聚焦透镜用于将1.7μm激光耦合进单包层掺Dy :InF3光纤纤芯;
直,第二聚焦透镜用于将2.35μm激光耦合进单包层掺Dy :InF3光纤纤芯;
掺Dy :InF3光纤的纤芯中;
掺Dy :InF3光纤的纤芯中;
Dy 将通过1.7μm基态吸收过程跃迁至能级H11/2上;
能级H15/2之间形成离子数反转;
在2.35μm激发态吸收过程作用下跃迁至合并能级F11/2H9/2上;
离子数增大,能级H11/2和能级H13/2之间形成离子数反转;
效解决传统双波长光纤激光器激光输出时不能选择输出激光波长的问题,还能够拓展输出
激光的波长,实现3μm和4.3μm波长的激光切换输出;
附图说明
一光纤光栅;6、第二光纤光栅;7、单包层掺Dy :InF3光纤;8、第三光纤光栅;9、第四光纤光
6
栅;10、第二聚焦透镜;11、第二准直透镜;12、第二激光泵浦源;13、能级 H15/2;14、能级
6 6 6 6
H13/2;15、能级H11/2;16、合并能级F11/2H9/2;17、1.7μm基态吸收;18、多声子弛豫A;19、3μm
受激辐射;20、2.35μm激发态吸收;21、多声子弛豫B;22、4.3μm受激辐射。
具体实施方式
3+
栅、单包层掺Dy :InF3光纤、第三光纤光栅、第四光纤光栅、第二聚焦透镜、第二准直透镜和
第二激光泵浦源。
栅形成产生3μm激光的第一谐振腔,单包层掺Dy :InF3光纤的第二光纤光栅和单包层掺Dy
+
:InF3光纤的第三光纤光栅形成产生4.3μm激光的第二谐振腔。
第一聚焦透镜用于将1.7μm激光耦合进单包层掺Dy :InF3光纤纤芯。
直,第二聚焦透镜用于将2.35μm激光耦合进单包层掺Dy :InF3光纤纤芯。
3+
射单包层掺Dy :InF3光纤纤芯产生的3μm激光和4.3μm激光。
准直透镜准直后传输至第一聚焦透镜,然后耦合进入单包层掺Dy :InF3光纤的纤芯中。
13上的Dy 将通过1.7μm基态吸收过程17跃迁至能级H11/2 15上;
将通过多声子弛豫A 18逐渐到达能级H13/2 14,此时能级H13/2 14和能级H15/2 13之间形成
离子数反转,在第一光纤光栅和第四光纤光栅形成的第一谐振腔内产生波长为3μm的受激
辐射。
耦合进入单包层掺Dy :InF3光纤的纤芯中。
能级H13/2 14的大部分离子在2.35μm激发态吸收过程20作用下跃迁至合并能级F11/2 H9/2
16上。
16的大部分离子将通过多声子弛豫B 21到达能级H11/2 15,因此,在2.35μm激发态吸收过程
6 6 6
20的作用下,能级H13/2 14的离子数减少而能级H11/2 15的离子数增大,此时能级H11/2 15
6
和能级H13/2 14之间形成离子数反转,在第二光纤光栅和第三光纤光栅形成的第二谐振腔
内产生波长为4.3μm的受激辐射,同时抑制3μm激光的产生。
H13/2 14和能级H15/2 13之间的离子数反转,因此此时波长为3μm的激光无法产生。
级H15/2 13,对应于能级H13/2 14→能级H15/2 13的跃迁,对应于第一光纤光栅和第四光纤光
栅构成的第一谐振腔,产生的激光波长为3μm;当同时开启波长为1.7μm和2.35μm的泵浦光
6 6 6 6
时,对应的能级为能级H11/2 15和能级H13/2 14,对应于能级H11/2 15 → 能级H13/2 14的跃
迁,对应于第二光纤光栅和第三光纤光栅构成的第二谐振腔,产生的激光波长为4.3μm。因
此,采用本发明的光纤激光器,通过控制2.35μm泵浦源的开关,便可便捷实现3μm和4.3μm波
长激光的灵活切换。