全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，包括依次熔接的近红外可调谐光纤激光泵浦源、输入实芯光纤、反共振空芯光纤和输出实芯光纤，反共振空芯光纤中充有两种分别使泵浦光发生受激拉曼散射产生第一级拉曼激光和使第一级拉曼激光发生受激拉曼散射产生中红外波段的第二级拉曼激光的拉曼增益气体，输入实芯光纤上刻写有反射第二级拉曼激光的第一输入布拉格光栅和反射第一级拉曼激光的第二输入布拉格光栅，输出实芯光纤上刻写有反射第一级拉曼激光的第一输出布拉格光栅和部分透射第二级拉曼激光的第二输出布拉格光栅。该全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器具有结构紧凑、性能稳定、窄线宽、可调谐、效率高、光束质量好等优点。

Infrared gas cascade Raman laser in all fiber structure

The invention discloses an infrared gas in all fiber Raman laser, which are fused by near infrared tunable fiber laser pumping source input, solid core fiber, anti resonance hollow core optical fiber and the output optical fiber core, anti resonance hollow fiber filled with two kinds of the pump have stimulated Raman the first level of laser Raman scattering and the first level by level second Raman laser Raman laser Raman gain gas stimulated Raman scattering in infrared band, input real core fiber reflective writing second Raman laser first input first reflection Prague grating and Raman laser input second output solid core fiber Prague grating the first written output reflection the first Raman laser Prague grating and part of transmission second Raman laser output second Prague grating. The all fiber structure of the infrared gas cascade Raman laser has the advantages of compact structure, stable performance, Zhai Xiankuan, tunable, high efficiency, good beam quality and so on.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光发生设备
，具体涉及一种全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器。
技术介绍
中红外波段位于大气窗口，在遥感探测、激光雷达、通信以及军事等领域应用广泛。目前实现中红外波段输出的激光器主要有量子级联激光器、电子振动固体激光器、光参量振荡器以及光纤激光器等。其中，量子级联激光器在连续工作时产热较多，而且其受激区域较大，难以实现高功率单模输出；电子振动固体激光器可以实现2-5μm高效输出，但是热透镜效应限制了其功率的提高；光参量振荡器可以实现数瓦功率水平的可调谐中红外输出，但是其对泵浦源线宽以及偏振态要求较高；目前掺钬的氟化物光纤激光器可以实现3-4μm激光输出，但是功率水平和斜效率均较低，此外波长向更长波方向拓展也存在较大困难。与固体激光器以及掺杂实心光纤激光器相比，气体激光器的竞争性非线性效应阈值高，光学损伤阈值高，在光束质量和功率水平上有着潜在优势。气体受激拉曼散射增益系数高、频移范围大、介质选择灵活，自1963年被首次报道以来受到了广泛的关注，是进行激光波长拓展的有效手段。然而在自由空间中实现气体受激拉曼散射时有效作用距离受限于瑞利长度，其泵浦阈值较高，而且会产生很多竞争拉曼谱线。但是在空芯光纤中实现气体的受激拉曼散射产生中红外激光则可以克服上述不足。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构紧凑、性能稳定、窄线宽、可调谐、可降低泵浦阈值功率，高转化效率、光束质量好的全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，包括近红外可调谐光纤激光泵浦源、反共振空芯光纤、输入实芯光纤和输出实芯光纤，所述输入实芯光纤的两端分别与近红外可调谐光纤激光泵浦源的输出尾纤和反共振空芯光纤的一端熔接，所述反共振空芯光纤的另一端与输出实芯光纤熔接；所述反共振空芯光纤内混合充有两种以上拉曼增益气体，其中至少一种拉曼增益气体使泵浦光发生受激拉曼散射产生第一级拉曼激光，其余拉曼增益气体使第一级拉曼激光发生受激拉曼散射产生中红外波段的第二级拉曼激光；所述反共振空芯光纤在泵浦激光波段、第一级拉曼激光波段、第二级拉曼激光波段的传输损耗<0.5dB/m，而在其它波段的传输损耗>5dB/m；所述输入实芯光纤刻写有对中红外波段的第二级拉曼激光形成高反射的第一输入布拉格光栅和对第一级拉曼激光形成高反射的第二输入布拉格光栅，所述第一输入布拉格光栅和第二输入布拉格光栅的峰值反射率均大于95％；所述输出实芯光纤刻写有对第一级拉曼激光形成高反射的第一输出布拉格光栅和对中红外波段的第二级拉曼激光部分反射的第二输出布拉格光栅，所述第一输出布拉格光栅对第一级拉曼激光的反射率大于95％，所述第二输出布拉格光栅对中红外波段的第二级拉曼激光的透射率为10％～90％。上述的全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，优选的，所述第二输入布拉格光栅位于第一输入布拉格光栅和反共振空芯光纤之间，所述第一输出布拉格光栅位于第二输出布拉格光栅和反共振空芯光纤之间。上述的全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，优选的，所述输入实芯光纤和输出实芯光纤对所述泵浦光、第一级拉曼激光以及中红外波段的第二级拉曼激光的传输损耗<0.5dB/m。上述的全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，优选的，所述反共振空芯光纤内的两种以上拉曼增益气体包括氢气和一种以上烷烃类气体，所述烷烃类气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和乙烯。本专利技术的原理是：反共振空芯光纤能够为气体受激拉曼散射提供了近乎理想的环境，它可以有效地将泵浦光约束在微米量级的纤芯中，大大提高了泵浦强度和有效作用距离，而且可以通过合理选择泵浦波长和拉曼增益气体，设计反共振空芯光纤的传输损耗谱来控制各拉曼信号的有效增益，将二者结合组成光纤气体激光器实现中红外激光输出。由于单种气体的拉曼频移范围有限，不足以将常见的1微米波段近红外泵浦光频移至中红外波段，因此可以在一段空芯光纤中同时充有两种或多种气体，泵浦光作用于其中一种气体并发生受激拉曼散射进行一次波长上移，产生第一级拉曼激光，第一级拉曼激光与另外一种气体相互作用发生受激拉曼散再进行一次波长上移，产生中红外波段的第二级拉曼激光。或者通过更多次的受激拉曼散射实现波长上移，产生中红外激光。通过合理设计空芯光纤的传输带，可以有效抑制该过程中竞争拉曼激光的产生，使得中红外激光的产生达到较高的转化效率。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器首次实现全光纤结构的可调谐中红外激光器，使得研制结构紧凑稳定的可调谐大功率中红外光源成为可能；2、本专利技术全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器同时利用了两种气体的级联受激拉曼散射，是一种由常见近红外泵浦激光产生中红外激光的新装置，由于采用了全光纤结构，具有光纤激光器结构紧凑、性能稳定等优点；3、本专利技术利用了反共振空芯光纤有效地将泵浦光约束在微米量级的纤芯中，大大提高了泵浦强度和有效作用距离，增强了泵浦光与拉曼增益气体的作用强度；同时利用传输损耗谱特殊设计的反共振空芯光纤对泵浦波长和两级级拉曼激光波长传输损耗低、对其它波段传输损耗高的特点，有效抑制了竞争拉曼激光的，提高了转换效率；4、本专利技术通过设计光纤光栅形成第一级拉曼激光的谐振腔，第一级拉曼激光在光栅的多次反射作用下形成谐振并充分与第二种拉曼增益气体作用产生中红外波段的第二级拉曼激光，提高转化效率；同时设计光纤光栅形成中红外波段的第二级拉曼激光的谐振腔，可以将一部分第二级拉曼激光耦合输出，另外一部分在光栅的多次反射作用下形成谐振，以降低泵浦阈值；5、本专利技术结合了气体激光器输出功率高、损伤阈值高、竞争性非线性效应阈值高和光纤激光器结构紧凑、性能稳定、光束质量好、转换效率高等优点，与现有的中红外激光技术手段相比，具有更大的潜在优势。附图说明图1为全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器的结构示意图。图2为冰淇淋型反共振空芯光纤横截面扫描电子显微图。图3为自由边界型反共振空芯光纤横截面扫描电子显微图。图4为泵浦光经两种气体拉曼频移后的波长及其在反共振空芯光纤传输带中的相对位置示意图。图例说明：1、近红外可调谐光纤激光泵浦源；2、反共振空芯光纤；3、输入实芯光纤；4、输出实芯光纤；5、第一输入布拉格光栅；6、第二输入布拉格光栅；7、第一输出布拉格光栅；8、第二输出布拉格光栅；9、第一熔接点；10、第二熔接点；11、第三熔接点。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本实施例的全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，包括近红外可调谐光纤激光泵浦源1、反共振空芯光纤2、输入实芯光纤3和输出实芯光纤4，输入实芯光纤3的两端分别与近红外可调谐光纤激光泵浦源1的输出尾纤和反共振空芯光纤2的一端熔接，其中近红外可调谐光纤激光泵浦源1的输出尾纤通过第一熔接点9与输入实芯光纤3低损耗熔接，反共振空芯光纤2的一端通过第二熔接点10与输入实芯光纤3低损耗熔接，反共振空芯光纤2的另一端通过第三熔接点11与输出实芯光纤4低损耗熔接；反共振空芯光纤2内充有由两种拉曼增益气体混合的混合气体，其中一种拉曼增益气体使泵浦光发生受激拉曼散射产生第一级拉曼激光，另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，其特征在于：包括近红外可调谐光纤激光泵浦源(1)、反共振空芯光纤(2)、输入实芯光纤(3)和输出实芯光纤(4)，所述输入实芯光纤(3)的两端分别与近红外可调谐光纤激光泵浦源(1)的输出尾纤和反共振空芯光纤(2)的一端熔接，所述反共振空芯光纤(2)的另一端与输出实芯光纤(4)熔接；所述反共振空芯光纤(2)内混合充有两种以上拉曼增益气体，其中至少一种拉曼增益气体使泵浦光发生受激拉曼散射产生第一级拉曼激光，其余拉曼增益气体使第一级拉曼激光发生受激拉曼散射产生中红外波段的第二级拉曼激光；所述反共振空芯光纤(2)在泵浦激光波段、第一级拉曼激光波段、第二级拉曼激光波段的传输损耗<0.5dB/m，而在其它波段的传输损耗>5dB/m；所述输入实芯光纤(3)刻写有对中红外波段的第二级拉曼激光形成高反射的第一输入布拉格光栅(5)和对第一级拉曼激光形成高反射的第二输入布拉格光栅(6)，所述第一输入布拉格光栅(5)和第二输入布拉格光栅(6)的峰值反射率均大于95％；所述输出实芯光纤(4)刻写有对第一级拉曼激光形成高反射的第一输出布拉格光栅(7)和对中红外波段的第二级拉曼激光部分反射的第二输出布拉格光栅(8)，所述第一输出布拉格光栅(7)对第一级拉曼激光的反射率大于95％，所述第二输出布拉格光栅(8)对中红外波段的第二级拉曼激光的透射率为10％～90％。...

【技术特征摘要】
1.一种全光纤结构中红外气体级联拉曼激光器，其特征在于：包括近红外可调谐光纤激光泵浦源(1)、反共振空芯光纤(2)、输入实芯光纤(3)和输出实芯光纤(4)，所述输入实芯光纤(3)的两端分别与近红外可调谐光纤激光泵浦源(1)的输出尾纤和反共振空芯光纤(2)的一端熔接，所述反共振空芯光纤(2)的另一端与输出实芯光纤(4)熔接；所述反共振空芯光纤(2)内混合充有两种以上拉曼增益气体，其中至少一种拉曼增益气体使泵浦光发生受激拉曼散射产生第一级拉曼激光，其余拉曼增益气体使第一级拉曼激光发生受激拉曼散射产生中红外波段的第二级拉曼激光；所述反共振空芯光纤(2)在泵浦激光波段、第一级拉曼激光波段、第二级拉曼激光波段的传输损耗<0.5dB/m，而在其它波段的传输损耗>5dB/m；所述输入实芯光纤(3)刻写有对中红外波段的第二级拉曼激光形成高反射的第一输入布拉格光栅(5)和对第一级拉曼激光形成高反射的第二输入布拉格光栅(6)，所述第一输入布拉格光栅(5)和第二输入布拉格光栅(6)的峰值反射率均大于95％；所述输出实芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽锋，顾博，陈育斌，陈子伦，曹涧秋，奚小明，许晓军，司磊，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43