一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器制造技术

一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，属于光学与激光光电子技术领域。包括依次设置的光路依次连接光纤激光光源(1)、第一半波片(2)、薄膜偏振片(3)、第二半波片(4)、第一聚焦透镜(5)、多周期PPLN晶体(6)、第一准直透镜(7)、红外滤光片(8)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、第二聚焦透镜(11)、空芯光纤(12)、第二准直透镜(13)。既能够实现宽调谐范围中红外激光的产生，通过系统集成的方式与空芯光纤相结合，将激光耦合进入空芯光纤的纤芯，利用空芯光纤低延迟、低色散、宽导光通带、高损伤阈值的独特优势对产生的宽调谐中红外激光进行低损耗柔性传输。外激光进行低损耗柔性传输。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器


[0001]本专利技术属于光学与激光光电子
，具体涉及一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器。

技术介绍

[0002]中红外激光在2
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5μm被称为“分子指纹区”，其中包含了许多气体分子的吸收峰，在军事对抗、环境监测、雷达、生物医疗以及光谱研究等领域具有重要应用价值。目前中红外激光的产生方式主要包括量子级联激光器及带间级联激光器、铅盐半导体激光器及锑化镓激光器、气体激光器、化学激光器、光参量振荡器、自由电子激光器、固体激光器、光纤激光器等。高峰值功率、宽调谐范围的中红外超短脉冲的产生方案已是国内外激光
的研究热点。对于波长可调谐的中红外激光的产生，主要方式是通过高峰值功率的超短脉冲光源泵浦高非线性光纤产生中红外超连续谱。另外，利用非线性频率变换技术搭建光参量产生器(OPG)、光参量放大器(OPA)、光参量振荡器(OPO)、非线性差频(DFG)也可以产生宽调谐、高效率的中红外激光。就目前来说，通过高峰值功率的超短脉冲光源泵浦高非线性光纤产生中红外超连续谱的方式所使用的高非线性光纤存在一定的问题，例如光纤容易潮解损坏，输出功率较低，难以稳定长时间运行，并且结构相对比较复杂，成本较高。相比之下，通过非线性频率变换技术可以实现结构简单、系统稳定的宽调谐中红外激光。特别是OPG方案，只需要制备一个近红外波段的脉冲泵浦一块多周期PPLN晶体，通过一种自发光参量下转换过程就可以实现宽调谐中红外激光的产生，并且无需复杂的腔镜和光路的设计，系统结构更加简单。
[0003]随着激光技术的飞速发展，光纤作为激光传输的载体，使得激光技术取得了更加广泛的应用。1966年，华裔物理学家高锟先生在他的论文《光频率介质纤维表面波导》中首次明确提出了光导纤维可作为信息通信的媒介，可使石英光纤的损耗大大下降，并有可能拉制出损耗低于20dB/km的光纤，这一预言在1970年由美国康宁公司得以证实，从而广泛用于通信之中。基于石英光纤具有传输损耗小、化学稳定性好、机械强度高、弯曲性能好等优势在可见光、近红外波段取得了巨大成功，目前广泛应用于通信、激光传输、探测、光谱分析、传感等领域当中。但是在中红外波段，由于石英材料的吸收系数呈指数增加，光纤损耗急剧增加，使其很难在中红外波段进行激光传输。由于缺乏能够低损耗、高效率、稳定传输中红外激光的光纤，在很多的应用中，只能通过自由空间光路对中红外激光进行传输探测，这意味着整个系统的结构十分复杂且稳定性较差，难以满足军事光电对抗对光电器件轻便、方便携带、可集成等需求，以及生物医疗领域稳定灵活、可柔性传输的需求。因此大大影响了中红外波段的应用范围。
[0004]为了应对中红外波段激光传输的需求，软玻璃光纤应运而生，虽然在中红外波段具有较低的材料吸收和传输损耗，但是,这类光纤的非线性系数大、损伤阈值低、制备难度大,并且机械稳定性和化学稳定性差以及抗弯曲能力差等缺点都使其无法满足军事应用的标准。
[0005]基于以上在中红外激光传输的种种问题，空芯光子晶体光纤为中红外激光传输提供了新的解决思路。1999年，Cregand等设计制作了第一根光子带隙型空芯光子晶体光纤,震惊了光学界。这种光纤依然采用石英作为基础材料，通过设置特殊的带隙或反谐振结构利用空气纤芯进行导光。因此既保留了石英材料本身的机械强度高、耐腐蚀、熔点高、不受外界电磁辐射影响、可以在恶劣环境工作等优点，又具有空气导光的优势，克服了上述石英材料所带来的问题。随后2002年英国巴斯大学Fetah Benabid教授报道了一款Kagome包层结构的空芯光纤，具有很宽的导光通带但是损耗较高。虽然包层结构与带隙光纤类似，但是它是依据反谐振原理进行导光的。空芯反谐振光纤的纤芯中的基模有约99.99％的能量可以保持在空气芯中，泵浦激光对光纤的损伤效果相比于石英降低了好几个数量级，大大减弱了石英材料对中红外激光的吸收，从而大大降低了光纤在中红外波段的传输损耗，这意味着在光纤可以为光波传输创造一个类似于自由空间的低色散、低非线性、低时间延迟、低传输损耗的理想环境。这与现有的软玻璃光纤相比，具有天然的优势。因此，空芯光纤对于中红外激光柔性传输具有极其重要的作用。
[0006]通过系统集成的方式可以将宽调谐的中红外激光耦合进入空芯光纤的纤芯，从而可以实现中红外激光稳定灵活、柔性的传输。由于中红外空芯光纤的纤芯直径较大，因此耦合效率可以提升到较高的水平。另外，通过对空芯光纤进行弯曲，可以实现中红外激光的柔性传输。因此，通过将一种宽调谐、系统稳定的中红外激光光源与空芯光纤相结合，可以实现宽调谐中红外激光长距离、稳定、高效的柔性传输。

技术实现思路
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[0007]本专利技术的目的在于建立一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，在实现宽调谐范围中红外激光的前提下，同时将中红外激光通过系统集成的方式与空芯光纤相结合，解决了中红外激光难以稳定、灵活、高效传输的问题，仅通过一个系统就可以实现宽调谐范围的中红外激光柔性传输，系统结构简单高效。解决中红外激光难以应用于军事光电对抗、激光医疗手术的问题。
[0008]本专利技术的技术解决方案如下：
[0009]一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，属于光学与激光光电子
这种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器的基本构成包括依次设置的依次光路连接光纤激光光源(1)、第一半波片(2)、薄膜偏振片(3)、第二半波片(4)、第一聚焦透镜(5)、多周期PPLN晶体(6)、第一准直透镜(7)、红外滤光片(8)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、第二聚焦透镜(11)、空芯光纤(12)、第二准直透镜(13)，实现基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光光源的搭建。；
[0010]所述光纤激光光源(1)、第一半波片(2)、薄膜偏振片(3)、第二半波片(4)、第一聚焦透镜(5)、多周期PPLN晶体(6)组成宽调谐中红外激光光源。
[0011]所述光纤激光光源为高功率全保偏掺镱皮秒光纤激光光源。
[0012]所述第一半波片、薄膜偏振片、第二半波片，用于组成功率和偏振方向调节系统。
[0013]所述第一半波片可旋转角度，用于控制功率大小。控制功率在PPLN晶体的损伤阈值内。
[0014]所述薄膜偏振片用于对泵浦光进行剥离。
[0015]所述第二半波片可旋转角度，用于调节光束偏振方向。调节至竖直偏振方向以实现非线性频率转换过程。
[0016]所述第一聚焦透镜用于将光束完全耦合进入PPLN晶体，提高光束的峰值功率以达到光参量产生阈值。
[0017]所述第一聚焦透镜的焦距选择由聚焦前激光光斑大小以及多周期PPLN晶体的尺寸共同决定。
[0018]所述第一聚焦透镜的焦距选择既要保证完全耦合进入多周期PPLN晶体的长度路径内，又要避免光斑过小产生过高的峰值功率密度损坏晶体。
[0019]所述多周期PPLN晶体用于通过非线性频率变换技术实现宽调谐中红外激光的产生。
[0020]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，其特征在于：依次设置的光路连接的光纤激光光源(1)、第一半波片(2)、薄膜偏振片(3)、第二半波片(4)、第一聚焦透镜(5)、多周期PPLN晶体(6)、第一准直透镜(7)、红外滤光片(8)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、第二聚焦透镜(11)、空芯光纤(12)、第二准直透镜(13)。2.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，其特征在于：光纤激光光源(1)、第一半波片(2)、薄膜偏振片(3)、第二半波片(4)、第一聚焦透镜(5)、多周期PPLN晶体(6)组成宽调谐中红外激光光源；所述第一半波片、薄膜偏振片、第二半波片，用于组成功率和偏振方向调节系统；第一准直透镜(7)、红外滤光片(8)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、第二聚焦透镜(11)、空芯光纤(12)、第二准直透镜(13)组成中红外激光柔性传输系统；所述第一准直透镜、第三反射镜、第四反射镜组成中红外激光的准直装置。3.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，其特征在于：所述光纤激光光源为高功率全保偏掺镱皮秒光纤激光光源；所述第一半波片可旋转角度，用于控制功率大小；所述薄膜偏振片用于对泵浦光进行剥离；所述第二半波片可旋转角度，用于调节光束偏振方向；所述第一聚焦透镜用于将光束完全耦合进入PPLN晶体，提高光束的峰值功率以达到光参量产生阈值。4.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，其特征在于：所述第一聚焦透镜的焦距选择由聚焦前激光光斑大小以及多周期PPLN晶体的尺寸共同决定；所述多周...

【专利技术属性】
技术研发人员：王璞，么鹏，侯玉斌，张鑫，董子涵，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：