一种基于异质熔接界面反馈的中红外全光纤激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于异质熔接界面反馈的中红外全光纤激光器，包括泵浦源、石英光纤、异质光纤熔接点、中红外有源光纤、泵浦剥离器、低反馈元器件，其中，泵浦源输出的激光经过石英光纤和异质光纤熔接点输入中红外有源光纤中，有源光纤吸收泵浦光产生激光增益；中红外有源光纤通过泵浦剥离器与低反馈元器件相连，泵浦剥离器用于分离或剥离未吸收的泵浦光；异质光纤熔接点是石英光纤和中红外有源光纤的熔接点，通过控制熔接前光纤端面的切割角度和熔接时的净推进量，改变异质光纤熔接点的反射特性，使激光入射到该熔接点时的界面反射得到加强，从而实现有效的谐振腔反馈。从而实现有效的谐振腔反馈。从而实现有效的谐振腔反馈。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异质熔接界面反馈的中红外全光纤激光器


[0001]本专利技术涉及激光器领域，尤其涉及一种基于异质熔接界面反馈的高效率中红外全光纤激光器。

技术介绍

[0002]>2.5μm中红外波段的光纤激光器凭借散热优良、光束质量好、环境适应性强等优势，可应用于材料加工、生物医学、红外对抗等领域。中红外光纤激光器以稀土元素掺杂的有源光纤作为增益介质，有源光纤的基质材料通常为氟化物、硫系等具有低声子能量、宽透光窗口的软玻璃材料。尽管氟化物光纤激光器、硫系光纤激光器早在上个世纪就得以报道，但多数激光器以镀膜光学镜片作为腔镜、泵浦光由空间光路耦合进有源光纤，未能实现全光纤化的激光器系统。
[0003]近十年间，随着氟化物光纤光栅制备工艺的突破，法国拉瓦尔大学、日本京都大学等少数单位已陆续报道了利用氟化物光纤光栅作为谐振腔腔镜的中红外波段全光纤化光纤激光器，基于一对中心波长匹配的高反射率(>99％)和低反射率(8％～30％)的软玻璃光纤光栅，实现了数瓦乃至数十瓦量级的中红外3μm波段激光输出，相比于空间光路耦合系统具有更紧凑的系统结构。然而，利用氟化物等软玻璃光纤刻写光纤光栅作为激光谐振腔的腔镜仍存在一定局限性：首先，氟化物光纤光栅的中心波长和反射率会随工作温度的升高而改变(详见[Optics Letters 43(18),4542
‑
4545(2018)])，影响激光器的长时间稳定性，并且由于软玻璃光纤自身的软化温度较低(<400℃)，此类光纤光栅易产生热损伤；其次，这类光纤光栅的加工难度大、技术壁垒高，需要依赖于昂贵的飞秒激光微加工平台(详见[Optics Letters47(14),3435
‑
3438(2022)])，而软玻璃光纤自身的高昂价格也增加了光纤光栅的研制成本；此外，采用一对光纤光栅提供激光谐振腔的反馈时，还需实现光栅中心波长的严格匹配，这进一步提高了中红外全光纤激光器的技术门槛。
[0004]本专利技术提出一种基于异质熔接界面反馈的高效率中红外全光纤激光器，该设计通过合理配置腔反馈及有源光纤参数，无需使用氟化物、碲酸盐、硫系等软玻璃光纤光栅即可实现全光纤化中红外激光系统。经文献及专利查新检索，迄今尚未见相关专利或文献报导。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于异质熔接界面反馈的高效率中红外全光纤激光器，本专利技术在具有高增益特性的中红外光纤激光器系统中，基于不同玻璃基质光纤熔接界面引入的微小反馈构建激光谐振腔，从而实现全光纤化激光器，降低系统实现的工艺难度。本专利技术是采用如下技术方案实现的：
[0006]一种基于异质熔接界面反馈的中红外全光纤激光器，包括泵浦源、石英光纤、异质光纤熔接点、中红外有源光纤、泵浦剥离器、低反馈元器件，其中，
[0007]泵浦源输出的激光经过石英光纤和异质光纤熔接点输入中红外有源光纤中，有源光纤吸收泵浦光产生激光增益；
[0008]中红外有源光纤通过泵浦剥离器与低反馈元器件相连，泵浦剥离器用于分离或剥离未吸收的泵浦光；
[0009]中红外有源光纤提供激光增益，使得在异质光纤熔接点和低反馈元器件构成的低反馈谐振腔内产生中红外激光振荡，并经过低反馈元器件输出；
[0010]所述异质光纤熔接点是石英光纤和中红外有源光纤的熔接点，通过控制熔接前光纤端面的切割角度和熔接时的净推进量，改变异质光纤熔接点的反射特性，使激光入射到该熔接点时的界面反射得到加强，从而实现有效的谐振腔反馈；
[0011]所述低反馈元器件，能够实现比异质光纤熔接点更低的激光反射率，从而保障所产生激光的主要功率由低反馈元器件输出。
[0012]进一步，所述低反馈元器件或者是光纤端帽或者是斜切的光纤端面或者是镀增透膜的光纤端面。
[0013]进一步，所述中红外有源光纤是掺杂各类发光离子的氟化物光纤或其他玻璃基质的光纤，在中红外波段具有高增益特性。
[0014]进一步，所述掺杂各类发光离子的氟化物光纤的掺杂浓度>1mol.％、激光上能级寿命>1ms。
[0015]进一步，所述发光离子包括但不限于铒、铥、钬、镝、镨、铽中的其中一种或多种的组合。
[0016]进一步，在激光谐振腔内插有滤波器件，实现激光器的波长锁定。
[0017]进一步，在激光谐振腔内插入调制器件，实现激光器的脉冲运转。
[0018]进一步，所述异质光纤熔接点是利用非对称光纤熔接技术实现的石英光纤与掺铒氟化物光纤的特种熔接点，将石英光纤和掺铒氟化物光纤的切割角度控制在<1
°
、净推进量设置为30～40μm。
[0019]进一步，所述异质光纤熔接点是利用非对称光纤熔接技术实现的石英光纤与掺铒氟化物光纤的特种熔接点，掺铒氟化物光纤和石英光纤的切割角度控制在<0.3
°
，净推进量设置为32μm。
[0020]进一步，所述低反馈元器件端的输出功率比异质光纤熔接点端的泄露功率P1高两个数量级。
[0021]与现有技术相比，本专利技术所述的一种基于异质熔接界面反馈的高效率中红外全光纤激光器具有如下优点：
[0022]1)本专利技术所述的中红外全光纤激光器相比于目前非全光纤化的中红外光纤激光器，具有更紧凑的系统结构和更优良的环境适应性；
[0023]2)本专利技术所述的中红外全光纤激光器可利用异质光纤的特种熔接点及低反馈元器件作为腔镜，相比于目前工艺不成熟的基于软玻璃光纤光栅的中红外全光纤激光器，在高功率运转下不会发生光纤光栅损伤或反射率改变的问题；
[0024]3)本专利技术中用于提供腔反馈的元器件或结构成本低、易实现，有效降低了中红外全光纤激光器的技术门槛和系统成本。
附图说明
[0025]图1为一种基于异质熔接界面反馈的高效率中红外全光纤激光器的结构示意图。
Express 20(2012)14542
‑
14546])，由于端帽长度和斜切角度会影响反射回中红外有源光纤纤芯内的激光功率，因此通过改变端帽长度和光纤斜切角度可改变反射率R2；由于R1>>R2，由公式(参考[Journal of Applied Physics 36(1965)2487
‑
2490])可知，低反馈元器件(6)端的输出功率P2比异质光纤熔接点(3)端的泄露功率P1高两个数量级，结合所选的具有高增益特性的中红外有源光纤，可以实现中红外激光低阈值、高效率产生，并通过低反馈元器件(6)有效输出。
[0038]对本实施例中的中红外全光纤激光器在不同泵浦功率下的中红外激光输出功率进行实验测量，结果如图2所示。当泵浦源(1)的功率约0.9W时，激光器达阈值，此时的输出激光功率为10mW；增加泵浦源(1)的功率，激光输出功率近似线性提升，输出功率相比于入射泵浦功率的斜率效率约20％，随着输出功率的提高斜率效率有轻微降低；当泵浦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异质熔接界面反馈的中红外全光纤激光器，包括泵浦源、石英光纤、异质光纤熔接点、中红外有源光纤、泵浦剥离器、低反馈元器件，其中，泵浦源输出的激光经过石英光纤和异质光纤熔接点输入中红外有源光纤中，有源光纤吸收泵浦光产生激光增益；中红外有源光纤通过泵浦剥离器与低反馈元器件相连，泵浦剥离器用于分离或剥离未吸收的泵浦光；中红外有源光纤提供激光增益，使得在异质光纤熔接点和低反馈元器件构成的低反馈谐振腔内产生中红外激光振荡，并经过低反馈元器件输出；所述异质光纤熔接点是石英光纤和中红外有源光纤的熔接点，通过控制熔接前光纤端面的切割角度和熔接时的净推进量，改变异质光纤熔接点的反射特性，使激光入射到该熔接点时的界面反射得到加强，从而实现有效的谐振腔反馈；所述低反馈元器件，能够实现比异质光纤熔接点更低的激光反射率，从而保障所产生激光的主要功率由低反馈元器件输出。2.根据权利要求1所述的中红外全光纤激光器，其特征在于，所述低反馈元器件或者是光纤端帽或者是斜切的光纤端面或者是镀增透膜的光纤端面。3.根据权利要求1所述的中红外全光纤激光器，其特征在于，所述中红外有源光纤是掺杂各类发光离子的氟化物光纤或其他玻璃基质的光纤，在中红外波段具有高增益特性。4.根据权利要求3所述的中红外全光纤激光器，其特征在于，所述掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：史伟，张钧翔，盛泉，付士杰，张露，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：