高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法技术

本发明专利技术公开了高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法，涉及中红外脉冲光纤激光器，LD泵浦源产生连续泵浦光，泵浦光经过所述第一二色镜后，聚焦到所述增益光纤中；所述脉冲泵浦源产生高重频脉冲激光，高重频脉冲激光经过所述准直透镜以及第二聚焦透镜后，射向增益光纤的右侧。本发明专利技术可实现结合双波长混合泵浦技术并利用带内泵浦特性得到双波带高效率低阈值增益调制脉冲激光；用高重频耗散共振方波脉冲以及h型脉冲作为增益导引泵浦源泵浦双包层掺钬氟化物光纤，解决有效实现～3微米和～2.1微米增益调制高重频脉冲激光输出的问题；控制1150nm和1950nm泵浦源功率的大小，得到灵活波长可切～3微米/～2.1微米/～3微米和～2.1微米的3种状态激光脉冲。

【技术实现步骤摘要】
高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法
本专利技术涉及中红外脉冲光纤激光领域，特别涉及高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法。
技术介绍
近年来，中红外脉冲激光在卫星遥感、医疗手术、激光防御以及军事对抗等领域有着重要的应用，因此引起科研学者的广泛关注。与固体激光器相比，光纤激光器存在固有的优势，如极好的光束质量，高转换效率、好的散热性以及结构紧实等特点，所以，光纤激光器已被采用于实现高重频中红外脉冲激光。而研制出高重频双波带(～3微米和～2.1微米)可切换的中红外激光器在多材料加工以及软组织激光手术治疗等方面有着诸多潜在应用。目前实现～3微米和～2.1微米的双波带中红外激光脉冲输出的方法主要有以下两种：1.调Q引导增益调制脉冲(QIG)；第一种方法是先通过在腔内附加调制器件，诸如声光调制器(AOM)、电光调制器(EOM)等主动调制器或半导体可饱和吸收镜(SESAM)、新型二维材料等被动调制器，实现～3微米的脉冲激光输出，随后引导级联能级产生～2.1微米增益调制脉冲激光输出。基于这种方法，2012年，电子科技大学李剑峰等人利用1150nm半导体激光器(LD)双端抽运双包层掺钬氟化物光纤，通过AOM的调制获得了脉宽和脉冲能量分别为350ns、21.7μJ和460ns、6.4μJ的～3微米和～2.1微米双波带脉冲激光，其输出脉冲频率范围在15～75kHz。同年，他们采用相同调制方式还实现了波长在3.005微米和2.074微米的双波带脉冲激光，其对应输出峰值功率分别为79W和49W，重频范围在25kHz～61kHz。具体的实施方式如图1所示，这是一种可产生双波长级联激光的掺钬ZBLAN光纤激光器装置图，其采用主动调Q的方式实现双波长级联激光脉冲的输出。其中，泵浦激光二极管(laserdiode，LD)通过偏振合束器、二色镜及准直聚焦镜耦合进掺钬增益光纤，并产生双波长级联激光。声光调制晶体(acousto-opticmodulator，AOM)用以作为主动调Q器件，以实现腔内损耗周期性的调制，平面光栅用于对输出激光的波长进行筛选。通过改变腔内插入的AOM的频率，来调谐产生双波长激光的频率，实现不同频率的双波长级联激光输出，通过改变泵浦源的功率，实现不同输出功率下的双波长级联激光脉冲输出。这种技术的缺点为：该技术是利用AOM通过主动调Q方式实现双波长级联激光脉冲输出，但需要使用额外的AOM晶体，该晶体价格昂贵，且在腔内会引入额外损耗。另外，AOM可调制的频率范围一般在百kHz左右，无法进行高重频的激光调制。再者，引入外部调制器件AOM会使得整个实验装置的结构变得复杂，难以实现全光纤结构。同时，该技术中产生～2微米脉冲激光阈值高，且难以实现较高的～3微米激光光光转换效率，这大大限制了～3微米和～2微米激光功率以及脉冲能量的提高。2.增益调制引导增益调制脉冲(GIG)。第二种方法是通过控制泵浦激光源为脉冲状态来直接对～3微米高能级跃迁的激光进行周期性调制，从而引导～2.1微米增益调制脉冲激光输出。基于该方法，2017年，电子科技大学罗鸿禹等人借助连续和脉冲的1150nmLD作为泵浦源，实现波长为2928.5nm和2068nm的双波带脉冲激光输出，频率范围在40～80kHz。从以上相关报道可见，实现～3微米及～2.1微米双波带中红外脉冲激光的重复频率基本在kHz量级，且通过调节泵浦源也只能实现小范围单波长～3微米激光及～3微米和～2.1微米双波带激光输出。这是一种可产生双波带～3微米和～2微米增益调制脉冲的掺钬ZBLAN光纤激光器装置图，其采用1150nm半导体激光器实现连续和脉冲激光泵浦源泵浦掺钬ZBLAN光纤。其中，泵浦激光二极管(laserdiode，LD)通过偏振合束器、二色镜及聚焦镜后耦合进掺钬增益光纤，并产生激光。外部驱动电源(Modulator)及电阻(Resistance)实现对1150nm连续激光调制生成脉冲激光泵浦源，用以泵浦增益光纤产生增益调制脉冲激光，金镜用于作为激光谐振腔的一侧，靠近脉冲式1150nm泵浦源的二色镜用以导引激光输出。通过改变外部驱动的调制频率以及两侧泵浦源的功率以实现～3微米激光导引～2微米激光增益调制脉冲的产生。这种技术的缺点为：该技术是借助外部驱动实现1150nm脉冲式泵浦源，需要使用额外的外部电源及电阻，整个实验装置显得复杂。另外，其产生的脉冲激光光源频率调制范围仅在百kHz以内，不能用于实现高重频增益调制脉冲的输出。再者，输出的～2微米激光阈值高，并且主要受到～3微米激光调制作用产生，也即只有～3微米激光实现输出，并在跃迁中回落到下能级粒子数达到产生～2微米激光阈值时，～2微米激光才能获得，这难以保证～3微米及～2微米激光同时输出。同时，该技术中仅能实现～3微米及～3微米和～2微米增益调制脉冲输出，而不能实现单独的～2微米激光脉冲输出，这大大限制了该种激光器在相关领域的应用潜力，同时也不可保证激光光光效率的有效提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供了一种高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法，解决了以高重频1950nm耗散孤子共振方波脉冲以及1150nmLD连续激光作为混合泵浦光源，获取高重频双波带中红外脉冲激光输出的问题；以高重频1950nmh型脉冲以及1150nmLD连续激光作为混合泵浦光源，获取高重频双波带中红外脉冲激光输出的问题；以通过调节高重频1950nm耗散孤子共振方波脉冲或h型脉冲以及1150nmLD连续激光的泵浦功率比，实现～3微米/～2.1微米/～3微米和～2.1微米的波长可切换中红外脉冲光纤激光器的问题。本专利技术采用的技术方案如下：高重频双波带可切换中红外脉冲激光器，包括LD泵浦源、脉冲泵浦源，还包括第一聚焦透镜、准直透镜、第二聚焦透镜、第一二色镜、第二二色镜、增益光纤；所述LD泵浦源产生连续泵浦光，泵浦光经过所述第一二色镜后，聚焦到所述增益光纤中；所述脉冲泵浦源产生高重频脉冲激光，高重频脉冲激光经过所述准直透镜以及第二聚焦透镜后，射向增益光纤的右侧。目前实现～3微米和～2.1微米双波带中红外脉冲激光主要是以QIG和GIG两种方法来获得，但既能产生高重频又能实现输出波长可切换的中红外脉冲光纤激光技术并不多见。研究者通过采取QIG和GIG的方式仅实现了～kHz量级的～3微米和～2.1微米双波带中红外脉冲激光，但至今还没有技术方案采用高重频1950nm耗散孤子共振方波脉冲或h型脉冲以及1150nmLD连续激光混合泵浦来获取高重频双波带中红外脉冲光纤激光器，这种方案可有效地实现～3微米和～2.1微米单/双波长可灵活切换的中红外脉冲激光输出。采用高重频1950nm耗散孤子共振方波脉冲或h型脉冲以及1150nmLD连续激光作为混合泵浦源，双包层掺钬氟化物光纤作为增益光纤，基于双端泵浦的方式实现高重频双波带状态可切换的中红外脉冲光纤激光输出。所述LD泵浦源用于产生连续激光；所述脉冲泵浦源用于产生高重频脉冲激光；所述第一聚焦透镜用于将LD泵浦源产生的泵浦光经第一二色镜后通过的激光聚焦到所述双包层掺钬氟化物光纤中；所述准直透镜及第二聚焦透镜用于准直和聚焦所述脉冲泵浦源产生的激光；所述第一二色镜用于将产生的激光导引输出；所述第二二色镜用于提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高重频双波带可切换中红外脉冲激光器，包括LD泵浦源(1)、脉冲泵浦源(2)，其特征在于：还包括第一聚焦透镜(3)、准直透镜(4)、第二聚焦透镜(5)、第一二色镜(6)、第二二色镜(7)、增益光纤(8)；所述LD泵浦源(1)产生连续泵浦光，泵浦光经过所述第一二色镜(6)后，聚焦到所述增益光纤(8)中；所述脉冲泵浦源(2)产生高重频脉冲激光，高重频脉冲激光经过所述准直透镜(4)以及第二聚焦透镜(5)后，射向增益光纤(8)的右侧。

【技术特征摘要】
1.高重频双波带可切换中红外脉冲激光器，包括LD泵浦源(1)、脉冲泵浦源(2)，其特征在于：还包括第一聚焦透镜(3)、准直透镜(4)、第二聚焦透镜(5)、第一二色镜(6)、第二二色镜(7)、增益光纤(8)；所述LD泵浦源(1)产生连续泵浦光，泵浦光经过所述第一二色镜(6)后，聚焦到所述增益光纤(8)中；所述脉冲泵浦源(2)产生高重频脉冲激光，高重频脉冲激光经过所述准直透镜(4)以及第二聚焦透镜(5)后，射向增益光纤(8)的右侧。2.根据权利要求1所述的高重频双波带可切换中红外脉冲激光器，其特征在于：所述LD泵浦源(1)的波长为1150nm。3.根据权利要求1所述的高重频双波带可切换中红外脉冲激光器，其特征在于：所述脉冲泵浦源(2)采用耗散孤子共振方波脉冲泵浦源(2)或h型脉冲泵浦源(2)。4.根据权利要求1所述的高重频双波带可切换中红外脉冲激光器，其特征在于：所述脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑峰，石逸文，徐瑶，李昆，罗鸿禹，杨剑，赖宸东，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51