本发明专利技术涉及一种掺Ｇｄ的紫外上转换氟化物光纤及以该氟化物光纤为频率上转换激光介质的光纤激光器。该激光器包括泵浦源、准直聚焦透镜组、输入耦合镜、频率上转换激光介质、输出耦合镜，其中频率上转换激光介质为单包层、双包层或多包层的氟化物光纤，在氟化物光纤的纤芯中掺杂有摩尔浓度为０．０１～１５％的Ｇｄ稀土离子。输入耦合镜和输出耦合镜可以由光纤光栅代替。本发明专利技术光纤激光器的紫外波段输出波长可分别为～２０２ｎｍ、～２４６ｎｍ、～２５３ｎｍ、～２７４ｎｍ、～２７６ｎｍ、～２７９ｎｍ、～３０５ｎｍ和～３１１ｎｍ的激光，是一种全固态短波长输出的激光光源，同时光纤结构激光器有利于器件的小型化和集约化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于全固态短波长激光器
，具体涉及一种掺Gd的紫外上转换氟 化物光纤及以该氟化物光纤为频率上转换激光介质的光纤激光器。
技术介绍
固体激光器具有光束质量高、运转稳定可靠、使用寿命长等优点。随着激光技术的 发展及其在高密度数据存储、三维显示、海底通信、光纤传感、激光医疗、光计算和光谱测量 等领域的广泛应用，短波长固体激光特别是紫外固体激光器日益引起人们的关注。现有的 紫外固体激光器一般采用红外半导体激光泵浦输出波长比该半导体激光更长的固体基波 激光，再经过至少两次倍频或和频的过程才能得到。其激光器件中除了一块激光介质外还 需要采用两块以上的非线性光学晶体。这就使得器件结构非常复杂，价格比较昂贵。使用 过程中需要经常对其中的非线性光学器件进行调整和校正，维护成本较高，稳定性和可靠 性都比较差，对使用环境的要求也比较高，在很多领域无法应用。稀土掺杂的上转换光纤激光器其工作介质主要以氟化物玻璃体系为主。氟化物玻 璃体系之所以成为人们青睐的上转换发光基质材料，是因为具有较低的声子能量，较低的 声子能量能够降低玻璃在泵浦过程中无辐射驰豫几率，提高稀土离子中间亚稳态能级的荧 光寿命，从而有效提高上转换发光的效率。稀土掺杂玻璃及光纤具有如下优点(1)不需要严格的相位匹配，掺杂的稀土离 子在基质玻璃中由于受到晶格电场的束缚而形成了稀土离子能级的Stark分裂，同时在这 些分裂能级之间由于声子的产生与湮灭引起能量交换，从而导致了这些能级的均勻或非 均勻展宽，因而对激发波长的稳定性要求不高；(2)由于稀土离子能级丰富，激光输出波长 多；(3)输出波长具有一定的可调谐性。另外，利用掺稀土玻璃光纤实现短波长激光输出更 有利于制作结构简单、价格低廉的小型激光器。通过把玻璃态材料拉制成光纤，可使泵浦光 被限制在一个有限的区域，在较长的光纤长度下实现较高的粒子数反转，进而实现较强的 上转换发光。并且，通过在光纤两端进行半导体激光器阵列的包层泵浦技术，可实现高功率 的激光输出。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种掺Gd的紫外上转换氟化物光纤，进而提供一种全固态 短波长掺Gd的紫外上转换氟化物光纤激光器，该激光器采用的激光介质为能够产生紫外 上转换激光的掺Gd的紫外上转换氟化物光纤。掺钆的紫外上转换氟化物光纤，为单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤，在光纤 的纤芯中掺杂有摩尔浓度为0. 01 15%的Gd稀土离子。本专利技术通过掺Gd的紫外上转换氟化物光纤将连续或脉冲的红外、近红外泵浦光 直接、有效地转变成为紫外 202nm、 246nm、 253nm、 274nm、 276nm、 279nm、 305nm和 31 Inm的激光输出，其是分别来自Gd3+离子的6GT、6DT、6IT和6Pt各激发态到基态8S772的受激发射，目的在于丰富紫外激光的输出波长，解决激光系统结构复杂、维护困难、 价格昂贵等问题，使得器件尽量紧凑和小型化，同时提高运行稳定性，降低器件成本。本专利技术的具体技术解决方案如下一种掺Gd的紫外上转换氟化物光纤激光器由泵浦源、准直聚焦透镜组、输入耦合 镜、频率上转换激光介质、输出耦合镜组成。其中频率上转换激光介质为单包层、双包层或 多包层的氟化物光纤，在氟化物光纤的纤芯中掺杂有摩尔浓度为0. 01 15%的Gd稀土离 子。所述的氟化物光纤为30ZnF2-25PbF2-30AlF3-15LiF、 5 3ZrF4-2 0BaF2-4LaF3-3AlF3-2 0NaF、61ZrF4-16BaF2-4LaF3-3AlF3-16NaF、 54ZrF4-34BaF2-8LaF3-4AlF3、56ZrF4-25BaF2-4LaF3-15NaF、57ZrF4-25BaF2-3AlF3-15NaF、 35A1F3-15YF3-10MgF2-20CaF2-10SrF2-1 OBa F2、45ZrF4-36BaF2-8AlF3-llYF3、52ZrF4_19Ba F2-5LaF3-4AlF3-10LiF-10NaF、57ZrF4-36BaF2-3LaF3-4AlF3、52ZrF4-19BaF2-5LaF3-4AlF3、 67ZrF4-19BaF2-14GdF3 等中的一种。氟化物光纤是具有小声子能量的氟化物玻璃光纤。氟化物光纤的纤芯中还可以进一步掺杂0. 01 30%摩尔浓度的敏化离子Yb、Tm、 Er中的一种或几种。输入耦合镜的内端面镀有对泵浦光的增透膜、紫外光的高反膜(高反膜的反射率 大于99. 5%，以下同)；输出耦合镜的内端面镀泵浦光的高反膜和紫外光的反射膜(反射膜 的反射率为70% 85%，以下同)，增透膜、高反膜和反射膜均可以由华北光电技术研究所 按照需要的反射率指标提供镀膜加工。可以代替输入耦合镜的光纤光栅的出现方式为直接焊到氟化物光纤上，或者以相 位掩模法或全息法直接写入在氟化物光纤上。(制作过程参见参考文献孙磊，《光纤光栅 的制作及应用研究》南开大学硕士学位论文，2004)氟化物光纤采用浇注法拉制(制作过程参见参考文献俞包廷等，《旋转浇铸法小 芯径掺杂氟化物玻璃光纤预制棒的研制》硅酸盐通报，1994年第2期)与现有技术相比，本专利技术优点在于在频率上转换激光介质-氟化物光纤中掺杂 稀土离子Gd，使得产生紫外 202nm、 246nm、 253nm、 274nm、 276nm、 279nm、 305nm和 311nm附近波长的紫外激光(我们已经在Gd掺杂的氟化物中观察到了此波段很 强的荧光谱，如图1和图2所示)；同时，通过熔接或在掺稀土离子的光纤纤芯中再掺入光 敏元素，如锗、锡、硼等，便于直接在激光光纤中写入光栅，形成全光纤结构可调谐激光器， 有利于器件的小型化和集成化。附图说明图1 实施例1中掺Gd氟化物253nm 31 Inm波段的光致发光谱；图2 实施例1中掺Gd氟化物202nm 253nm波段的光致发光谱；图3 实施例1中为掺Gd的紫外上转换氟化物光纤激光器的结构示意图；其中，泵浦源1、准直聚焦透镜组2、输入耦合镜3、频率上转换激光介质4、输出耦 合镜5;图4 双包层光纤结构示意图；其中，外包层41，内包层42，纤芯43。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例1 如图3所示，一种紫外 202nm、 246nm、 253nm、 274nm、 276nm、 279nm、 305nm和 31 Inm附近激光输出的掺Gd上转换氟化物光纤激光器，包括泵浦源、 准直聚焦透镜组、输入耦合镜、Gd掺杂氟化物光纤、输出耦合镜，其中准直聚焦透镜组、输入 耦合镜、输出耦合镜的材料为石英或K9玻璃。泵浦源为一台输出功率为10W、输出波长为 980nm的半导体激光器(LD)；输入耦合透镜的内表面上镀有980nm波长的增透膜、202 3Ilnm的高反膜，输出耦合透镜6的内表面上镀有对980nm高反射、202 31 Inm波长85% 反射的介质膜；本例所述的Gd掺杂氟化物光纤为双包层光纤结构，其中内包层的成份是 ZBLAN (53ZrF4 20BaF2 4LaF3 3A1FS 20NaF)，纤芯的成份是掺杂有 GcT 和 Yb3+稀土离子的 ZBLAN(53ZrF4 20Ba本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
掺钆的紫外上转换氟化物光纤，为单包层光纤、双包层光纤或多包层光纤，其特征在于在光纤的纤芯中掺杂有摩尔浓度为0.01～15％的Gd稀土离子。2.如权利要求1所述的掺钆的紫外上转换氟化物光纤，其特征在于氟 化物光纤为 30ZnF2-25PbF2-30AlF3-15LiF、53ZrF4-20BaF2-4LaF3-3AlF3-20NaF、 6 1ZrF4-16BaF2-4LaF3-3AlF3-16NaF、54ZrF4-34BaF2-8LaF3-4AlF3、 56ZrF4-25BaF2-4LaF3-15NaF、57ZrF4-25BaF2-3AlF3-15NaF、35 AIF3-15YF3-10MgF2-20CaF2-IOSrF2-IOBa F2、45ZrF4-36BaF2-8AlF3-llYF3、52ZrF4-19BaF2-5LaF3-4AlF3-10LiF_10NaF、 57&F4-36BaF2-3LaF3-4AlF3、52ZrF4-19BaF2-5LaF3-4AlF3 或 67&F4-19BaF2_14GdF3。3.如权利要求1所述的掺钆的紫外上转换氟化物光纤，其特征在于氟化物光纤的纤 芯中进一步掺杂0.01 30%摩尔浓度的敏化离子Yb、Tm、Er中的一种或几种。4.一种掺Gd的紫外上转换氟化物光纤激光器，由泵浦源、准直聚焦透镜组、输入耦合 镜、频率上转换激光介质、输出耦合镜组成，其特征在于频率上转换激光介质为单包层、双 包层或多包层的氟化物光纤，在氟化物光纤的纤芯中掺杂有摩尔浓度为0. 01 15%的Gd 稀土离子。5.一种掺Gd的紫外上转换氟化物光纤激光器，由泵浦源、准直聚焦透镜组、光纤布拉 格光栅、频率上转换激光介质、光纤布拉格光栅组成，其特征在于频率上转换激光介质为 单包层、双...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟平，何春凤，秦冠仕，赵丹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82
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