可调谐掺铥光纤激光器制造技术

一种可调谐掺铥光纤激光器，特点是其构成包括：置于温控装置上的带输出尾纤的激光二极管阵列的泵浦源，该输出尾纤经球面透镜、非球面透镜和双色镜与掺铥双包层光纤的输入端相耦合，该掺铥双包层光纤的输出端经变反射率透镜和锗滤光片输出，所述的双色镜作为谐振腔的后腔镜，所述的变反射率透镜构成谐振腔的前腔镜，所述的掺铥双包层光纤的输入端和输出端分别设有第一温控装置和第二温控装置，而掺铥双包层光纤的中间部分置于光纤散热装置中，所述的变反射率透镜固定在三维调节平台上。本实用新型专利技术可调谐掺铥光纤激光器，具有功率高、调谐范围大、操作方便和应用范围广等特点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光纤激光器，特别是一种可调谐掺铥光纤激光器。
技术介绍
近年来，包层泵浦的掺铥双包层光纤激光器已经引起了广泛关注，因为这种激光器的激光波长处在"人眼安全"的2微米光谱区，在远程 传感和生物医学等领域有着广泛应用。因为光纤的表面积大，所以光纤 激光器易于散热，能够提供更高的输出功率和更好的光束质量。随着790 纳米波长的高功率激光二极管阵列的不断发展，直接泵浦的2微米掺铥 双包层光纤激光器的输出功率已经达到百瓦量级。另外，在高掺杂浓度 的铥光纤中，交叉驰豫过程^H6， 3H4—3F4, ^4)能够显著提高掺铥双包层 光纤激光器的量子效率。不同的应用领域对激光波长要求不同，所以设 计制作波长可调谐的两微米光纤激光器有重要的实际应用价值。掺铥双包层光纤激光器的特殊优点是它的调谐范围宽，从1600多纳 米直到2100纳米。现在国内外对光纤激光器输出波长进行调谐的技术主 要是采用光栅，然而，不论是光纤光栅还是体光栅都存在制作工艺复杂， 调谐不便等问题，而且难以得到高输出功率。已经实现的可调谐掺铥双 包层光纤激光器的最高输出功率只有15瓦，最长波长只能调谐到2090纳 米。
技术实现思路
本技术为了克服在先技术的不足，提供一种可调谐掺铥光纤激 光器，该激光器应具有结构紧凑，高功率输出、较高的激光效率、调谐 范围大、操作方便和应用范围广等特点。本技术技术解决方案是一种可调谐掺铥光纤激光器，特点是其构成包括置于温控装置上 的带输出尾纤的激光二极管阵列的泵浦源，该输出尾纤经球面透镜、非 球面透镜和双色镜与掺铥双包层光纤的输入端相耦合，该掺铥双包层光 纤的输出端经变反射率透镜和锗滤光片输出，所述的双色镜作为谐振腔 的后腔镜，所述的变反射率透镜构成谐振腔的前腔镜，所述的掺铥双包 层光纤的输入端和输出端分别设有第一温控装置和第二温控装置，而掺 铥双包层光纤的中间部分置于光纤散热装置中，所述的变反射率透镜固 定在三维调节平台上。所述的温控装置为水冷温控系统，保证泵浦光波长与所述的掺铥双 包层光纤纤芯材料的吸收波长相适应。所述的球面透镜的数值孔径与所述的输出尾纤的数值孔径匹配，非 球面透镜的数值孔径与所述的掺铥双包层光纤的数值孔径匹配。所述的掺铥双包层光纤为Tm^高掺杂浓度光纤，纤芯中还掺入了少 量的A产离子。所述的第一温控装置和第二温控装置是水冷的紫铜热沉。所述的光纤散热装置是两片紫铜片。所述的变反射率透镜的2微米波段的透过率沿径向的变化范围是80 % 5%，只要在垂直于所述的掺铥双包层光纤的输出端的水平方向平移 三维调节平台，即可改变光纤激光器谐振腔的前腔镜的透过率。所述的双色镜对泵浦光高透对2微米的振荡光高反的镜片。本技术具有以下优点1、由于采用尾纤输出的高功率半导体激光二极管阵列作泵浦源， 降低了泵浦光耦合进光纤的难度，该泵浦源具有温控装置，通过调节泵 浦源的工作温度，使泵浦光波长与掺铥双包层光纤的吸收波长相同，提高了泵浦效率。2、 保证耦合光学系统(球面镜和非球面镜)的数值孔径与泵浦源的输出尾纤及掺铥双包层光纤的内包层的数值孔径相匹配，从而减小了 损耗、提高了耦合效率。3、 由于采用高掺杂浓度Tr^+光纤，且掺杂了一定量的A产离子用 来消除团簇效应，显著增强了交叉驰豫过程，提高了激光器的斜率效率。4、 由于采用变反射率透镜组成谐振腔的输出镜，利用三维平台调 节输出镜的位置从而改变输出透过率来获得波长调谐，使得该中红外光 纤激光器结构简单、操作方便、稳定性好。另外，由于降低了结构的复 杂性，减少了能量损耗，在获得较宽的调谐范围的同时，具有较高的输 出功率。总之，本技术具有结构紧凑，高功率输出、较高的激光效率、 调谐范围大、操作方便和应用范围广等特点。附图说明图1是本技术可调谐掺铥光纤激光器的结构示意图 图2是三价铥离子的简化能级结构示意图图3是本技术可调谐掺铥光纤激光器三种较高输出透过率时的 2微米激光输出随泵浦功率的变化曲线图4是本技术可调谐掺铥光纤激光器激光峰值波长随输出镜透 过率的变化关系图5是本技术可调谐掺铥光纤激光器的激光谱线具体实施方式以下结合附图与实施例对本技术做进一步的说明。 先请参阅图1，图1是本技术可调谐掺铥光纤激光器一个实施 例的结构示意图，由图可见，本技术可调谐掺铥光纤激光器的构成包括置于温控装置2上的带输出尾纤3的激光二极管阵列的泵浦源1，该输出尾纤3经球面透镜4、非球面透镜5和双色镜6与掺铥双包层光 纤8的输入端相耦合，该掺铥双包层光纤8的输出端经变反射率透镜11 和锗滤光片13输出，所述的双色镜6是具有对泵浦光高透过率对2微米 的振荡光高反射率的镜片作为谐振腔的后腔镜，所述的变反射率透镜11 构成谐振腔的前腔镜，所述的掺铥双包层光纤8的输入端和输出端分别 设有第一温控装置7和第二温控装置10，而掺铥双包层光纤8的中间部 分置于光纤散热装置9中，所述的变反射率透镜11固定在三维调节平台 12上。所述的温控装置2为水冷温控系统，保证泵浦光波长与所述的掺铥 双包层光纤8纤芯材料的吸收波长相适应。所述的球面透镜4的数值孔径与所述的输出尾纤3的数值孔径匹 配，非球面透镜5的数值孔径与所述的掺铥双包层光纤8的数值孔径匹 配。所述的掺铥双包层光纤8为Tm^高掺杂浓度光纤，纤芯中还掺入了 少量的A产离子。所述的第一温控装置7和第二温控装置10是水冷的紫铜热沉。 所述的光纤散热装置9是两片紫铜片。所述的变反射率透镜11的2微米波段的透过率沿径向的变化范围是 80% 5%，只要在垂直于所述的掺铥双包层光纤8的输出端的水平方向 平移三维调节平台12，即可改变光纤激光器谐振腔的前腔镜的透过率。在本实施例中，上述所有部件都可以集中在机箱中。 泵浦源1是高功率激光二极管阵列光纤耦合模块。我们采用一个可以温 控的水冷装置2来调节泵浦源的工作温度，使泵浦源1的发射波长与掺 铥光纤8的吸收峰很好的重合。泵浦功率可选择为60瓦。输出尾纤3的直径和数值孔径(NA)可以根据泵浦源泵浦功率进行 选择，在本实例中，尾纤3的直径为400微米，数值孔径为0.17，工作 波长可选择为180纳米一3000纳米。所述的双包层掺铥光纤8的吸收峰为790纳米，纤芯直径为27.5微 米、数值孔径为0.2，内包层横截面为六边形、准直径为400微米、数值 孔径为0.46，外包层直径为500微米。该双包层光纤8的内包层横截面 形状还可以选择为圆形、方形、D形或梅花瓣形等。双包层光纤8纤芯 中铥离子的掺杂浓度为2.5%重量比，同时还掺入了少量的A产离子。如图1所示，泵浦源l发射出的泵浦光，被球面透镜4和非球面透 镜5聚焦为一个小圆斑，透过双色镜6后，约有51瓦的泵浦光被耦合 进光纤。双色镜6镀有2微米的高反膜(反射率>99.7%)和790纳米 的增透膜(透过率>97%)构成了激光器的后腔镜。掺铥双包层光纤8 的泵浦端直接对接到腔镜6上(尽量靠近)。双包层光纤8的两端都垂 直于轴劈开，并且仔细打磨和抛光。当泵浦源1对双包层光纤8进行 纵向泵浦时，通过谐振腔的振荡选频，腔内将产生2微米左右的连续激 光，其中的一部分将透过输出腔镜11作为连续激光输出。输出镜由变反射率透镜11或输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐掺铥光纤激光器，特征在于其构成包括：置于温控装置（２）上的带输出尾纤（３）的激光二极管阵列的泵浦源（１），该输出尾纤（３）经球面透镜（４）、非球面透镜（５）和双色镜（６）与掺铥双包层光纤（８）的输入端相耦合，该掺铥双包层光纤（８）的输出端经变反射率透镜（１１）和锗滤光片（１３）输出，所述的双色镜（６）作为谐振腔的后腔镜，所述的变反射率透镜（１１）构成谐振腔的前腔镜，所述的掺铥双包层光纤（８）的输入端和输出端分别设有第一温控装置（７）和第二温控装置（１０），而掺铥双包层光纤（８）的中间部分置于光纤散热装置（９）中，所述的变反射率透镜（１１）固定在三维调节平台（１２）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐玉龙，程小劲，徐剑秋，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]