469nm全光纤结构大功率蓝光光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种469nm全光纤结构大功率蓝光光纤激光器，包括半导体激光器泵浦源、第一全反射光纤光栅、第二全反射光纤光栅和第三全反射光纤光栅，第一全反射光纤光栅和第二全反射光纤光栅之间连接有双包层掺镱光纤，第二全反射光纤光栅和第三全反射光纤光栅间连接腔内倍频器，第三全反射光纤光栅连接输出尾纤；双包层掺镱光纤置于超低温半导体制冷器中，且双包层掺镱光纤的首尾端均置于超低温半导体制冷器之外。本发明专利技术采用了全光纤结构，并将掺钕双包层光纤置于超低温半导体制冷器内，提高Nd3+由4F3/2-4I9/2跃迁的相对概率，同时采用汇聚型的光纤倍频器以及三光纤光栅组成的倍频腔体结构，实现了大功率、高品质蓝光激光的输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光
，具体涉及一种光纤激光器，特别是一种469nm全光纤结构大功率蓝光光纤激光器。
技术介绍
光纤激光器以其体积小、效率高、稳定性好、光束质量好等优点，发展十分迅速。469nm附近的蓝光光纤激光器，可作为激光投影、激光电视、激光水下成像等得理想的蓝色激光光源。目前，获得469nm附近蓝色激光的常用方法，是Nd3+ =YAG产生938nm激光经过倍频后获得。在全固态激光器中利用非线性频率变换技术在获得可见光波段激光技术方面已 取得很好成效，特别是全固态激光器内腔倍频技术，几乎成为了可见波段固体激光器的主力军，但将内腔倍频技术应用于光纤激光器时遇到一个矛盾光纤激光器的优势在于它的全光纤化熔接，无分立元件，故而其稳定性好、免维护和易于使用，但如果插入倍频晶体这样的分立元件，必然破坏了光纤激光器稳定性好，免维护且易于使用的优势，失去市场竞争力。要实现光纤激光器腔内倍频必须采用光纤结构的腔内倍频器件，将其熔接在光纤激光器中，实现全光纤结构的倍频光纤激光器。现有的光纤激光器倍频技术多采用腔外倍频或内腔分立元件倍频，如双面泵浦腔内倍频双包层绿光光纤激光器(申请号200620079299)，双包层光纤腔内倍频激光器(专利号03116633. 4)，内腔倍频蓝光光纤激光器(申请号200820155748)，高功率蓝光光纤激光器(申请号200620079296)，获得469nm附近蓝色激光的较常用的光纤激光器，如名称为高功率蓝光激光器，专利号为ZL200610043062. 6的中国专利公开的一种激光器。上述这些激光器均是分立元件构成的，从本质上讲，这些技术都是全固态腔内倍频技术的翻版，虽将其搬入光纤激光器，但光纤激光器自身所具有的高稳定性却被破坏了，显示不出光纤激光器的优势。本专利技术的专利技术人于2011年6月14日申请的专利技术专利(申请号201110158949. 0，名称全光纤结构腔内倍频绿光激光器)，是一种采用三光栅结构的光纤激光器，其采用自聚焦透镜长度为0. 23P (P为自聚焦透镜节距)的全光纤腔内倍频光纤激光器，主要用于大功率光纤激光器，因其腔内光纤倍频器所采用的自聚焦透镜长度采用0. 23P，基频光被自聚焦透镜转换为平行光，在倍频晶体中产生二次谐波(倍频)效应。专利技术人在对腔内倍频器的后续研究中发现，自聚焦透镜的长度和倍频晶体的长度、折射率均会影响腔内倍频器内部的激光分布，从而影响出射激光的强度，由于该激光器中的自聚焦透镜长度固定为0. 23P，基频光在经自聚焦透镜扩束转换为平行光，并在倍频晶体中以平行光的方式行进，故而其在大功率或当倍频晶体非线性系数较高时倍频效率比较高，但其在中小功率或倍频晶体非线性系数不是很高时，倍频效率相对比较低。经进一步研究发现，当改变自聚焦透镜长度，使得基频光能够在倍频晶体中汇聚时，便可以获得很高的倍频效率，尤其是在中小功率或倍频晶体非线性系数不是很高时，效果更为明显。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种469nm全光纤结构大功率蓝光光纤激光器，该激光器避免了现有蓝光激光器中采用分立部件的方案，采用了全光纤结构，并将掺钕双包层光纤置于超低温半导体制冷器内，提高Nd3+由4F3/2-4I9/2跃迁的相对概率，同时采用汇聚型的光纤倍频器以及三光纤光栅组成的倍频腔体结构，实现了大功率、高品质蓝光激光的输出。可广泛应用于激光投影、激光电视、激光水下成像、激光医学、激光雷达等领域。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术解决方案 一种469nm全光纤结构大功率蓝光光纤激光器，包括半导体激光器泵浦源、第一全反射光纤光栅、第二全反射光纤光栅、第三全反射光纤光栅和超低温半导体制冷器，所述第一全反射光纤光栅和第二全反射光纤光栅之间连接有双包层掺镱光纤，第二全反射光纤光栅和第三全反射光纤光栅之间连接有腔内倍频器，第三全反射光纤光栅的输出端连接输出尾纤，上述各元件通过熔接的方式连接，输出尾纤为激光器输出端；所述第一全反射光纤光栅、双包层掺钕光纤和第三全反射光纤光栅三个部件构成波长为938nm激光谐振腔；第二全反射光纤光栅和腔内倍频器构成激光器的倍频部分；双包层掺镱光纤及与之相熔接的第一全反射光纤光栅的后尾纤和第二全反射光纤光栅的前尾纤的熔接点均置于超低温半导体制冷器中，第一全反射光纤光栅的后尾纤和第二全反射光纤光栅的前尾纤从超低温半导体制冷器中引出。本专利技术还包括如下其他技术特征所述半导体激光器泵浦源采用带IOOiim尾纤输出中心波长为808nm功率为35W的半导体激光器；第一全反射光纤光栅、第三全反射光纤光栅均采用反射中心波长为938nm全反射Bragg光纤光栅，反射率大于99% ;双包层掺钕光纤采用芯径为6/125 u m的双包层掺钕光纤，长度为12m ;第二全反射光纤光栅与取反射中心波长为469nm全反射Bragg光纤光栅，反射率大于99% ;输出尾纤选择芯径为6/125 V- m的双包层非掺杂光纤。所述腔内倍频器包括全自动温控炉、第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜、导热铜块和第二尾纤，其中，第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜分别粘结在倍频晶体左、右两端；第一自聚焦透镜的左端与第一尾纤带有尾纤插针的一端粘结，第二自聚焦透镜的右端与第二尾纤带有尾纤插针的一端粘结；第一尾纤、套管、第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜和第二尾纤中心共线，共同构成以倍频晶体为中心的对称性结构；第一自聚焦透镜、倍频晶体、第二自聚焦透镜三者的整体的外部依次包裹有铟箔和导热铜块，所述导热铜块的底面与全自动温控炉相接触，导热铜块的其余表面封装在套管内部，第一尾纤从套管的左端穿出并与第二全反射光纤光栅熔接，第二尾纤从套管的右两端穿出并第三全反射光纤光栅熔接，各元件熔接时采用纤芯对准。所述第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜选用相同的自聚焦透镜，其长度为0.3P、. 45P，所述倍频晶体、第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜满足式I : r InlTaniad)L =----式 I an Q式中，L为倍频晶体的长度％为倍频晶体的折射率；％为第一自聚焦透镜的中心折射率；d为第一自聚焦透镜的长度，取0. 3P、. 45P ； a为第一自聚焦透镜折射率分布系数；第一自聚焦透镜的折射率n(r)沿径向r分布满足式2 n (r) = n0(l- a 2r2/2)式 2式中，r为径向坐标。所述第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜均采用d=0. 30P、直径为3mm、长度为6mm的圆形自聚焦透镜；倍频晶体选取LBO晶体，横截面尺寸选取3mm*3mm，倍频晶体长度为18. 8mm ;第一尾纤、第二尾纤均选用6/125 u m双包层无掺杂光纤,长度取2米；导热铜块长度取28. 8mm,壁厚5mm ;封装套管的长度取40. 8mm,侧壁厚3mm,端壁厚6mm。所述超低温半导体制冷器包括半导体制冷堆、光纤盘绕柱、真空罩和水冷散热器，其中，光纤盘绕柱置于半导体制冷堆上表面，半导体制冷堆置于水冷散热器的上表面，半导体制冷堆的上表面为吸热端，下表面为放热端；真空罩为下端开口的空心柱体，真空罩扣在水冷散热器上方且将光纤盘绕柱和半导体制冷堆置于内部，真空罩内部形成的腔体为真空腔。 所述半导体制冷堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种469nm全光纤结构大功率蓝光光纤激光器，其特征在于，包括半导体激光器泵浦源（1）、第一全反射光纤光栅（2）、第二全反射光纤光栅（4）、第三全反射光纤光栅（6）和超低温半导体制冷器（16），所述第一全反射光纤光栅（2）和第二全反射光纤光栅（4）之间连接有双包层掺镱光纤（3），第二全反射光纤光栅（4）和第三全反射光纤光栅（6）之间连接有腔内倍频器（5），第三全反射光纤光栅（6）的输出端连接输出尾纤（7），上述各元件通过熔接的方式连接，输出尾纤（7）为激光器输出端；所述第一全反射光纤光栅（2）、双包层掺钕光纤（3）和第三全反射光纤光栅（6）三个部件构成波长为938nm激光谐振腔；第二全反射光纤光栅（4）和腔内倍频器（5）构成激光器的倍频部分；双包层掺镱光纤（3）及与之相熔接的第一全反射光纤光栅（2）的后尾纤和第二全反射光纤光栅（4）的前尾纤的熔接点均置于超低温半导体制冷器（16）中，第一全反射光纤光栅（2）的后尾纤和第二全反射光纤光栅（4）的前尾纤从超低温半导体制冷器（16）中引出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯选旗，冯晓强，白晋涛，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：