一种Tm/Ho:YAG-SiO2特种光纤、基于该光纤的2μm单频光纤激光器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Tm/Ho:YAG

【技术实现步骤摘要】
一种Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤、基于该光纤的2
μ
m单频光纤激光器及制备方法


[0001]本专利技术提供一种Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤、基于该光纤的2μm单频光纤激光器及制备方法，属于光纤激光器


技术介绍

[0002]目前2μm激光器主要应用于医疗、激光探测、激光遥感以及材料加工等领域。例如，医疗方面，由于人体组织70％的成分是水，水的吸收谱线为2.5
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4.0μm和5.6
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10μm，2μm激光输出位于水较强吸收谱线，所以人体组织对2μm激光具有强吸收性。当使用2μm波段激光进行治疗时，由于人体组织的激光的强吸收性，这会使得激光在人体组织中有较浅的穿透深度。这使得2μm激光激光器可以在大部分软组织和硬组织的手术中可以精确切割人体组织。因此使用2μm激光器可以实现较浅的穿透深度、高的手术精度以及较好的凝血效果。
[0003]另一方面，在2μm波长范围内，有许多大气气体的吸收线，可以在这个光谱区域被探测和分析。使用2μm激光器系统可以直接探测大气中二氧化碳浓度，这对于研究地球的温室效应有着重要的意义。并且2μm激光可以直接探测风速，而风速对于天气预报、台风预警以及航天安全都是十分重要的。再加上单频激光器窄线宽、相干性好的优点，满足相干多普勒测风雷达的条件，这使得2μm单频激光器是理想的探测风速的激光系统。
[0004]2μm的波长激光输出在加工透明塑料也具有优势。由于大部分塑料在2μm波段都有足够的吸收，可以使得人们直接使用2μm激光对塑料材料进行切割、焊接以及标记。而与2μm波段激光相比，由于塑料对于1μm波段激光的吸收较弱，所以需要在塑料内部添加添加剂以增强塑料材料对于1μm波段激光的吸收。因此，当塑料应用于医疗以及生物安全领域等对于材料安全性要求较高的领域时，使用可靠性高、有着较高连续输出功率以及良好光束质量的2μm单频激光器对塑料进行加工是十分必要的。此外，2μm激光器在激光驱动的粒子加速、高谐波的产生以及中红外光谱学等多个领域均有应用。
[0005]目前2μm波段光纤激光器主要使用Tm
3+
离子掺杂的光纤作为增益介质，纤芯材料包括Tm:YAG晶体、Tm2O3等物质。由于在硅酸盐光纤中Tm
3+
离子掺杂浓度较小，目前2μm波段激光器输出功率较低，斜率效率较差。研究者通过制造锗酸盐玻璃以及磷酸盐玻璃以提升Tm
3+
离子的掺杂浓度进而提高激光器的输出功率，但由于锗酸盐玻璃以及磷酸盐玻璃光纤的机械强度较差，与光纤熔接时熔接损耗较高，这使得激光器的稳定性较差。本专利采用熔融芯法制备Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤，通过Ho
3+
离子的掺杂可以提升增益光纤的泵浦吸收能力并在2μm波段处有更强的增益，进而提升激光器的输出功率。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤、基于该光纤的2μm单频光纤激光器及制备方法，本专利技术Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤作为增益光纤，通过Ho
3+
离子的掺杂提升增益光纤对泵浦能量的吸收能力并增强2μm波段处的增益，获得输出功率
更大，斜率效率更高的2μm波段单频光纤激光器。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤，包括纤芯和外包层，所述纤芯为Tm/Ho:YAG，外包层为SiO2。
[0009]一种基于Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的2μm单频光纤激光器，包括沿光路设置的泵浦源、光纤波分复用器A和激光谐振腔；
[0010]所述泵浦源采用半导体LD，其中心波长为1550
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1650nm，所述激光谐振腔由一对光纤布拉格光栅组成，一对光纤布拉格光栅包括一低反射率布拉格光栅和一高反射率布拉格光栅，低反射率布拉格光栅和高反射率布拉格光栅之间设置上述的Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤。
[0011]优选的，所述低反射率布拉格光栅的反射率为60％
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85％，高反射率布拉格光栅的反射率不小于95％，低反射率布拉格光栅与高反射率布拉格光栅组成谐振腔，使增益光纤吸收泵浦能量后在谐振腔内形成激光振荡。
[0012]优选的，所述低反射率布拉格光栅和高反射率布拉格光栅的中心波长均为1800nm
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2300nm。
[0013]优选的，所述Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的长度为1
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3cm。
[0014]优选的，所述泵浦源与光纤波分复用器A之间设置有光纤隔离器A(光纤隔离器A的中心波长为1610nm)、一级放大系统和二级放大系统，所述一级放大系统包括光纤波分复用器B、Er掺杂单包层光纤、光纤波分复用器C和光纤隔离器B，光纤波分复用器C的其中一个端口连接LD。
[0015]优选的，所述二级放大系统包括滤波器A、泵浦合束器、Er/Yb共掺双包层光纤、光纤波分复用器D、泵浦剥离器、光纤隔离器C和滤波器B，泵浦合束器连接多模LD。
[0016]本专利技术的泵浦源采用半导体LD，中心工作波长为1550nm
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1650nm，为了防止回光损坏LD，熔接光纤隔离器A，一级放大系统采用LD正向泵浦，Er掺杂单包层光纤作为增益光纤，通过一个光纤波分复用器C连接，通过另一个光纤波分复用器B将信号光与剩余泵浦光分离，最后熔接光纤隔离器B保护器件。为了进一步优化信号光的信噪比，熔接滤波器，二级放大系统使用(2+1)
×
1的泵浦合束器连接多模LD，增益光纤采用Er/Yb共掺双包层光纤。泵浦合束器末端连接泵浦剥离器用来去除剩余的泵浦光。由于Yb
3+
离子的掺杂会导致产生1μm左右的自发辐射噪声，所以使用光纤波分复用器D去除Yb
3+
离子由于自发辐射产生的噪声；最后熔接滤波器B去除Er
3+
离子在1.5μm左右产生的噪声；最后将泵浦源输出端熔接在光纤波分复用器A的反射端，低反射率光纤布拉格光栅熔接在公共端，信号端作为输出端。
[0017]优选的，所述2μm单频光纤激光器输出的单频激光的波长在1800nm
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2300nm内可调；
[0018]优选的，所述2μm单频光纤激光器输出的单频激光的输出功率在1mW
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1W内可调。
[0019]优选的，2μm单频光纤激光器中LD和多模LD的波长为970nm附近(970～990nm)、808nm附近(805～815nm)。
[0020]优选的，所述光纤波分复用器A包括三个端口，其中公共端连接激光谐振腔，另外两个端口分别连接泵浦源和作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤，其特征在于，包括纤芯和外包层，所述纤芯为Tm/Ho:YAG，外包层为SiO2。2.一种基于Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的2μm单频光纤激光器，其特征在于，包括沿光路设置的泵浦源、光纤波分复用器A和激光谐振腔；所述泵浦源采用半导体LD，其中心波长为1550
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1650nm，所述激光谐振腔由一对光纤布拉格光栅组成，一对光纤布拉格光栅包括一低反射率布拉格光栅和一高反射率布拉格光栅，低反射率布拉格光栅和高反射率布拉格光栅之间设置权利要求1所述的Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤。3.根据权利要求2所述的基于Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的2μm单频光纤激光器，其特征在于，所述低反射率布拉格光栅的反射率为60％
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85％，高反射率布拉格光栅的反射率不小于95％，低反射率布拉格光栅与高反射率布拉格光栅组成谐振腔，使增益光纤吸收泵浦能量后在谐振腔内形成激光振荡。4.根据权利要求3所述的基于Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的2μm单频光纤激光器，其特征在于，所述低反射率布拉格光栅和高反射率布拉格光栅的中心波长均为1800nm
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2300nm。5.根据权利要求4所述的基于Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的2μm单频光纤激光器，其特征在于，所述Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的长度为1
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3cm。6.根据权利要求5所述的基于Tm/Ho:YAG
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SiO2特种光纤的2μm单频光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源与光纤波分复用器A之间设置有光纤隔离...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海燕，栾吉者，丛振华，刘兆军，赵智刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：