一种掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法技术

本发明专利技术提供了一种掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，包括至少一个泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、第三光纤布拉格光栅、AlF

An erbium-doped fluoride fiber laser and its laser generation method

【技术实现步骤摘要】
一种掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法
本专利技术属于激光
，尤其涉及的是一种掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法。
技术介绍
光纤激光器作为一种新型的激光器，具有转化效率高、光束质量好、结构紧凑、便携性好、易于实现商业化等纯天然优势，一直是人们关注的焦点。其中，中红外2.8μm波段氟化物光纤激光器备受瞩目。随着中红外氟化物光纤材料工艺的不断改进，所获得的2.8μm波段激光输出功率也越来越高，高功率的2.8μm光纤激光器凭借其再生物医疗、材料加工、气体检测等方面的广泛应用，成为了科研工作者研究的热点领域。目前，～2.8μm波段激光典型的由976nm激光泵浦掺Er3+氟化物光纤，通过铒离子由能级4I11/2跃迁到能级4I13/2所获得。但是该方案一方面由于铒离子在激发能级4I13/2上的离子存留时间(9.0ms)，远远大于在更高能级4I11/2的存留时间(6.9ms)，从而导致能级4I11/2上的铒离子数减少，进而导致粒子反转数不足激光能级跃迁自终止；另一方面该方案通常伴随有4I13/2→4I15/2能级跃迁的1.6μm波段寄生振荡产生，从而产生副产物1.6μm激光，这不仅严重影响了激光器本身的量子效率(使得理论量子效率被限制在35％)，同时也使得激光器产生了大量额外的热量，影响激光器稳定性。因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，克服现在的2.8μm掺铒氟化物激光器铒离子在激发能级4I13/2上的能级寿命远大于在更高能级4I11/2的能级寿命，导致激光能级跃迁自终止，以及在能级4I13/2与4I15/2之间会产生1.6μm激光，使得光纤激光器的效率降低且这部分能量没有被利用，产生大量热量，限制了激光器输出功率的进一步提升的缺陷。本专利技术所公开的第一实施例为一种掺铒氟化物光纤激光器，包括至少一个泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、第三光纤布拉格光栅、AlF3端帽；其中，所述泵浦激光器用于产生泵浦光；所述第二光纤布拉格光栅与所述AlF3端帽形成第一光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤位于所述第一光学谐振腔内；所述第一光纤布拉格光栅与所述第三光纤布拉格光栅形成第二光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤位于所述第二光学谐振腔内；所述泵浦光经过所述合束器合束后，耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤内包层和纤芯中，在所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF3端帽输出。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述泵浦光的波长为976nm。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第二光纤布拉格光栅对2.8μm激光反射率大于99％，工作带宽小于0.9nm。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第一光纤布拉格光栅对1.6μm激光反射率大于99％，工作带宽小于0.9nm。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述第三光纤布拉格光栅对1.6μm激光反射率大于99％，工作带宽小于0.9nm。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述合束器工作波长为976nm。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层直径为100～300μm，所述双包层掺铒氟化物光纤的纤芯直径为10～30μm。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述光纤激光器还包括包层模式剥离器；所述包层模式剥离器位于所述第三光纤布拉格光栅与所述AlF3端帽之间，用于滤除残余的泵浦光。所述的掺铒氟化物光纤激光器，其中，所述双包层掺铒氟化物光纤中以摩尔百分比计其中铒离子掺杂量为l％～3％，所述双包层掺铒氟化物光纤长度为15～20m。一种所述的掺铒氟化物光纤激光器的激光产生方法，其中，包括步骤：泵浦激光器产生泵浦光；所述泵浦光经过所述合束器合束后，耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤的内包层和纤芯中，在所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF3端帽输出。有益效果，本专利技术提供了一种掺铒氟化物光纤激光器及激光产生方法，通过采用对1.6μm激光高反的第一光纤布拉格光栅和第三光纤布拉格光栅将传统的2.8μm掺铒氟化物光纤激光器粒子跃迁产生的1.6μm激光束缚在第二谐振腔内并反复振荡，最终被铒离子的激发态能级4I13/2吸收抽运至能级4I9/2，再通过多声子弛豫回到能级4I11/2，不仅使得1.6μm激光被循环利用，同时使得能级4I13/2上的粒子循环利用，大大提高了激光器的能量利用率，显著增加了2.8μm光纤激光器的激光辐射的斜率效率和输出功率；且激光器整体结构紧凑，工作稳定，效率高，适合获得高功率2.8μm激光输出，同时也易于实现商业化。附图说明图1是本专利技术所提供的掺铒氟化物光纤激光器的结构示意图；图2是本专利技术所提供的激光产生方法的具体实施例的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。由于现有技术中2.8μm波段激光采用976nm激光泵浦掺铒离子氟化物光纤，在能级4I11/2和能级4I13/2之间形成2.8μm激光辐射的同时，由于铒离子在激发能级4I13/2上的离子存留时间远大于在更高能级4I11/2的存留时间，导致激光能级跃迁自终止，且在能级4I13/2与能级4I15/2之间会产生1.6μm激光，使得光纤激光器的效率降低且这部分能量没有被利用，产生大量热量，限制了激光器输出功率的进一步提升。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种掺铒氟化物光纤激光器，如图1所示。本专利技术的光纤激光器包括：至少一个泵浦激光器1、合束器2、第一光纤布拉格光栅3、第二光纤布拉格光栅4、双包层掺铒氟化物光纤5、第三光纤布拉格光栅6、AlF3端帽8。其中，所述泵浦激光器1用于产生泵浦光，其个数可以为一个，也可以为多个，如图1中，所述泵浦激光器1设置为两个；所述泵浦激光器1与所述合束器2连接，用于将所述泵浦激光器1产生的泵浦光合成一束；所述第二光纤布拉格光栅4与所述AlF3端帽8形成第一光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤5位于所述第一光学谐振腔内；所述第一光纤布拉格光栅3与所述第三光纤布拉格光栅6形成第二光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤5同样位于所述第二光学谐振腔内。具体应用过程中，所述泵浦光经过所述合束器2合束后，耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤5的内包层和纤芯中，在所述第一光学谐振腔中振荡产生2.8μm激光，而由粒子跃迁产生的1.6μm的激光会被束缚在所述第二光学谐振腔内被能级4I13/2上的铒离子吸收重新利用产生2.8μm激光，提高了光纤激光器的量子效率低和稳定性。本实施例中所述光纤激光器由双包层掺铒氟化物光纤和光纤布拉格光栅就能获得高效率2.8μm激光，整体结构紧凑，工作稳定效率高，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，包括至少一个泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、第三光纤布拉格光栅、AlF

【技术特征摘要】
1.一种掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，包括至少一个泵浦激光器、合束器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、双包层掺铒氟化物光纤、第三光纤布拉格光栅、AlF3端帽；其中，
所述泵浦激光器用于产生泵浦光；
所述第二光纤布拉格光栅与所述AlF3端帽形成第一光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤位于所述第一光学谐振腔内；
所述第一光纤布拉格光栅与所述第三光纤布拉格光栅形成第二光学谐振腔，所述双包层掺铒氟化物光纤位于所述第二光学谐振腔内；
所述泵浦光经过所述合束器合束后，耦合进入所述双包层掺铒氟化物光纤内包层和纤芯中，在所述第一光学谐振腔和所述第二光学谐振腔中振荡形成激光并由所述AlF3端帽输出。


2.根据权利要求1所述的掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述泵浦光的波长为976nm。


3.根据权利要求1所述的掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述第二光纤布拉格光栅对2.8μm激光反射率大于99％，工作带宽小于0.9nm。


4.根据权利要求1所述的掺铒氟化物光纤激光器，其特征在于，所述第一光纤布拉格光栅对1.6μm激光反射率大于99％，工作带宽小于0.9nm。


5.根据权利要求1所述的掺铒氟化物光纤激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，吴佳东，陈宇，邓志象，方志强，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44