掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，包括依次连接的脉冲发生器、偏置T形电路驱动、纳米脉冲泵浦源和第一光纤隔离器，第一光纤隔离器的输出端与光纤合束器的第一输入端连接，光纤合束器的输出端、第一光纤布拉格光栅、增益光纤和第二光纤布拉格光栅依次连接，光纤合束器的第二输入端连接有第一半导体激光器，第二光纤布拉格光栅的输出端输出光纤到Cr:ZnSe/S晶体，最终输出激光。本实用新型专利技术使用混合泵浦增益开关技术的1908纳米短波长激光来泵浦Cr:ZnSe/S晶体，不仅降低了泵浦脉冲光的阈值能量，而且输出的2微米激光相较于调Q、锁模技术产生的2微米激光时域状态更加稳定。

Gain-switched laser pumped by thulium-doped fiber laser

【技术实现步骤摘要】
掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器
本技术属于增益开关激光器
，特别涉及一种掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器。
技术介绍
目前，在2微米人眼安全波段工作的激光器在科学研究和工业应用中引起了极大的兴趣，例如在传感、光谱学、材料加工应用和非线性频率转换领域。2微米波段具有丰富的分子吸收谱线，匹配该吸收波长的激光源对于大气激光雷达感测以及医学外科应用非常有用。1908纳米的激光是1.9微米波段激光的一个重要分支，因为1908纳米的激光器可以通过泵浦Cr:ZnSe/S、Ho:YAG以及其他非线性晶体产生2微米波段的激光。然后，2微米的激光器可以通过泵浦ZGP晶体产生3微米到5微米的激光。3微米到5微米的中红外激光器广泛应用于光电对抗和激光雷达系统。通常，通过两种方式之一获得1908纳米的激光：使用固态激光器或光纤激光器。然而，损耗和热效应会导致固态激光器显示出较低的光学效率和较差的光束质量因子。相比而言，全光纤激光器具有较低的损耗和热效应，这意味着它们具有更高的光学效率、输出功率和更好的光束质量因子。此外，全光纤激光器具有结构紧凑，重量轻，操作简单，光束质量好等诸多优点。最近，采用增益开关技术产生脉冲的方式逐渐成为热点，随之而来产生了大量的相关研究和应用。借助于光纤良好的散热性能，掺铥光纤激器在高功率运转方面具有独特优势。掺铥增益光纤主要有780纳米到800纳米、1200纳米、1550到1750纳米三个吸收带，1550到1750纳米的吸收带与掺铒光纤激器的发射带重叠，选用掺铒光纤激器带间(in-band)泵浦掺铥光纤，可以得到非常低的泵浦量子损耗和较高的泵浦斜效率(70％到80％)，但无法获得高的脉冲能量。相比于1550纳米吸收带，780纳米到800纳米光源可以直接使用商业的AlGaAs高功率半导体激光器进行泵浦，使用800纳米激光泵浦，激发态铥离子可以与基态铥离子作用产生两个f能级的铥离子，也就是“二到一”交叉驰豫过程。这个过程增加泵浦光的光光转换效率，使掺铥介质的光光转换效率理论值达到了的光转换效率理论值达到了的光转换效率理论值达到了的光转换效率理论值达到80％，这使得掺铥光纤激光器可以在高功率下运转，同时可以作为向中红外光谱转换的理想光源。但同时800纳米泵浦的输出脉冲由于“二到一”交叉弛豫过程使其在时域上不如1550纳米波长泵浦的输出脉冲规则，给应用带来了不便。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本技术提供一种掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，包括依次连接的脉冲发生器、偏置T形电路驱动、纳米脉冲泵浦源和第一光纤隔离器，所述第一光纤隔离器的输出端与光纤合束器的第一输入端连接，所述光纤合束器的输出端、第一光纤布拉格光栅、增益光纤和第二光纤布拉格光栅依次连接，所述光纤合束器的第二输入端连接有第一半导体激光器，所述第二光纤布拉格光栅的输出端输出光纤到Cr:ZnSe/S晶体，最终输出激光。作为优选，所述光纤合束器的第三输入端连接有第二半导体激光器；所述纳米脉冲泵浦源和第一光纤隔离器之间设有依次连接的第二光纤隔离器、波分复用器和掺铒光纤/铒镱共掺光纤，所述波分复用器的第一输入端与第二光纤隔离器的输出端连接，所述波分复用器的第二输入端和第三输入端分别连接有第三半导体激光器和第四半导体激光器。作为优选，所述第二光纤布拉格光栅和Cr:ZnSe/S晶体之间依次设有泵浦剥离器、准直隔离器、聚焦透镜和第一腔镜，所述Cr:ZnSe/S晶体的输出端设有第二腔镜，激光从所述准直隔离器输出后依次通过聚焦透镜、第一腔镜、Cr:ZnSe/S晶体和第二腔镜，最终激光通过所述第二腔镜输出，所述第一腔镜、Cr:ZnSe/S晶体和第二腔镜构成Cr:ZnSe/S构成激光谐振腔。作为优选，所述第一腔镜和第二腔镜的上端均向靠近Cr:ZnSe/S晶体的方向倾斜设置，所述Cr:ZnSe/S晶体的下方设有光栅和输出耦合器，以使激光从准直隔离器输出后依次通过聚焦透镜、第一腔镜、Cr:ZnSe/S晶体和第二腔镜后,一部分激光从第二腔镜反射到光栅上，经过所述光栅反射回第二腔镜后，最终激光通过输出耦合器输出。作为优选，所述第二半导体激光器输出的中心波长λ的范围为：750纳米≤λ≤820纳米，实验中测得中心波长为788.5纳米，3dB带宽为1.5纳米；所述泵浦剥离器所用光纤类型为25/400双包层光纤，信号输入损耗为0.5dB作为优选，所述增益光纤为纤芯为25微米、包层为400微米的双包层保偏或非保偏掺铥光纤，所述增益光纤的工作波长为1900纳米到2100纳米，纤芯数值孔径为0.09，长度为3米，在793纳米波长处的包层吸收为每米2.4dB，每米1.8dB。作为优选，所述第一个光纤布拉格光栅的中心波长为1907+/-0.2纳米，带宽为1.5+/-0.2纳米，反射率大于等于98％，所用光纤为纤芯/包层分别为25/400微米的大模场光纤；所述第二光纤布拉格光栅的中心波长为1907+/-0.2纳米，带宽为0.5+/-0.05纳米，反射率为10+/-3％，所用光纤为25/400微米的大模场光纤。作为优选，所述增益光纤、第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅放置于热沉上。作为优选，所述光纤合束器的输入端的光纤纤芯/包层为105微米/125微米，数值孔径为0.22，长度为1.35米；输出端光纤纤芯包层为20微米/400微米，长度为1.26米。作为优选，所述纳米脉冲泵浦源为掺铒光纤或铒镱共掺光纤激光器，输出的中心波长为1550纳米或1560纳米，重复频率为100千赫兹到900千赫兹之间。本实用新新型的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，具有以下有益效果：本技术通过使用混合泵浦增益开关技术的1908纳米短波长激光来泵浦Cr:ZnSe/S晶体，不仅降低了泵浦脉冲光的阈值能量，而且输出的2微米激光相较于调Q、锁模技术产生的2微米激光时域状态更加稳定。通过使用电调制半导体连续激光器使其输出脉冲激光，且其脉冲形状可调，能够输出任意波形的激光用于探测、医学、军事和科研等用途。本技术可扩展性强，可累加放大级进行高功率激光脉冲输出，并且具被波长可调谐的特性。附图说明图1为本技术中的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器的实施例一的结构示意图；图2为本技术中的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器的原理图；图3为本技术中的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器的实施例二的结构示意图；图4为本技术中的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器的实施例三的结构示意图。图中：1、电脑；2、脉冲发生器；3、偏置T形电路驱动；4、纳米脉冲泵浦源；5、第二光纤隔离器；6、第三半导体激光器；7、第四半导体激光器；8、波分复用器；9、光纤；10、第一光纤隔离器；12、第一半导体激光器；13、第二半导体激光器；14、光纤合束器；15、第一光纤布拉格光栅；16、第二光纤布拉格光栅；17、热沉；18、增益光纤；19、；20、准直隔离器；21、聚焦透镜21；22a、第一腔镜；22b、第一腔镜；23、Cr:ZnSe/S晶体；24、光栅；25、输出耦合器。具体实施方式使本领域技术人员更好的理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，其特征在于，包括依次连接的脉冲发生器、偏置T形电路驱动、纳米脉冲泵浦源和第一光纤隔离器，所述第一光纤隔离器的输出端与光纤合束器的第一输入端连接，所述光纤合束器的输出端、第一光纤布拉格光栅、增益光纤和第二光纤布拉格光栅依次连接，所述光纤合束器的第二输入端连接有第一半导体激光器，所述第二光纤布拉格光栅的输出端输出光纤到Cr:ZnSe/S晶体，最终输出激光。

【技术特征摘要】
1.一种掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，其特征在于，包括依次连接的脉冲发生器、偏置T形电路驱动、纳米脉冲泵浦源和第一光纤隔离器，所述第一光纤隔离器的输出端与光纤合束器的第一输入端连接，所述光纤合束器的输出端、第一光纤布拉格光栅、增益光纤和第二光纤布拉格光栅依次连接，所述光纤合束器的第二输入端连接有第一半导体激光器，所述第二光纤布拉格光栅的输出端输出光纤到Cr:ZnSe/S晶体，最终输出激光。2.根据权利要求1所述的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，其特征在于，所述光纤合束器的第三输入端连接有第二半导体激光器；所述纳米脉冲泵浦源和第一光纤隔离器之间设有依次连接的第二光纤隔离器、波分复用器和掺铒光纤/铒镱共掺光纤，所述波分复用器的第一输入端与第二光纤隔离器的输出端连接，所述波分复用器的第二输入端和第三输入端分别连接有第三半导体激光器和第四半导体激光器。3.根据权利要求2所述的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，其特征在于，所述第二光纤布拉格光栅和Cr:ZnSe/S晶体之间依次设有泵浦剥离器、准直隔离器、聚焦透镜和第一腔镜，所述Cr:ZnSe/S晶体的输出端设有第二腔镜，激光从所述准直隔离器输出后依次通过聚焦透镜、第一腔镜、Cr:ZnSe/S晶体和第二腔镜，最终激光通过所述第二腔镜输出，所述第一腔镜、Cr:ZnSe/S晶体和第二腔镜构成Cr:ZnSe/S构成激光谐振腔。4.根据权利要求3所述的掺铥光纤激光器泵浦的增益开关激光器，其特征在于，所述第一腔镜和第二腔镜的上端均向靠近Cr:ZnSe/S晶体的方向倾斜设置，所述Cr:ZnSe/S晶体的下方设有光栅和输出耦合器，以使激光从准直隔离器输出后依次通过聚焦透镜、第一腔镜、Cr:ZnSe/S晶体和第二腔镜后,一部分激光从第二腔镜反射到光栅上，经过所述光栅反射回第二腔镜后，最终激光通过输出耦合器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，刘鹰，卜祥宝，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11