【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光纤，尤其涉及一种双波长飞秒光纤激光器。
技术介绍
1、中红外飞秒激光在生物医学、环境监测和工业加工等领域具有广泛的应用前景，因为该波段存在强烈的分子基本振动吸收，同时包含了重要的大气传输窗口。特别是双波长脉冲激光，它在医学和材料加工等领域具有独特优势。例如，在激光手术中，双波长脉冲激光能够与不同深度的组织相互作用，提高消融效率并减少热扩散区，从而具有手术创面小、伤口愈合快、疤痕宽度窄等优点。
2、近年来，随着稀土离子掺杂氟化物光纤研究工作的深入，基于稀土离子掺杂的锁模激光器可以直接产生中红外飞秒激光，但受光纤材料和器件限制，双波长飞秒激光尚无法直接产生。拉曼孤子激光器具有实现双波长飞秒激光输出的能力，并且允许构建全光纤结构的激光系统，但目前输出的飞秒脉冲激光平均功率和脉冲能量普遍较低，实用性差。
技术实现思路
1、本申请提供一种双波长飞秒光纤激光器，以解决传统光纤激光器无法输出高能量双波长飞秒脉冲激光的问题。
2、本申请提供一种双波长飞秒光纤激光器，包括：泵浦光源，用于输出第一波长飞秒脉冲激光，以及输出第一激励光源；第一波长飞秒脉冲激光的波长为2.1 μm；双包层非线性光纤，与泵浦光源的输出端连接，用于接收第一波长飞秒脉冲激光及第一激励光源，利用孤子自频移效应将部分第一波长飞秒脉冲激光转换为第二波长飞秒脉冲激光，第二波长飞秒脉冲激光的波长为2.9 μm；以及，输出剩余的部分第一波长飞秒脉冲激光、第二波长飞秒脉冲激光及第一激励光源；掺钬增益光纤，与
3、在一种可实现的方式中，泵浦光源包括：锁模掺铥光纤振荡器、第一放大级、光纤展宽器及第二放大级；锁模掺铥光纤振荡器用于产生第一飞秒脉冲激光，第一飞秒脉冲激光的波长为2 μm；第一放大级与锁模掺铥光纤振荡器的输出端连接，用于接收第一飞秒脉冲激光，对第一飞秒脉冲激光进行功率放大，进而输出第一飞秒脉冲激光；光纤展宽器与第一放大级的输出端连接，用于接收第一飞秒脉冲激光，对第一飞秒脉冲激光的时域进行展宽，进而输出第一飞秒脉冲激光；第二放大级与光纤展宽器的输出端连接，用于接收第一飞秒脉冲激光，对第一飞秒脉冲激光再次进行功率放大，进而输出第一飞秒脉冲激光。
4、在一种可实现的方式中，第一波长飞秒脉冲激光的波长具有第一波动范围，第一波动范围为大于或者等于2.02 μm且小于或者等于2.12 μm；第二波长飞秒脉冲激光具有第二波动范围，第二波动范围为大于或者等于2.89 μm且小于或者等于3.01 μm；第一飞秒脉冲激光具有第三波动范围，第三波动范围为大于或者等于1.90 μm且小于或者等于2.05 μm。
5、在一种可实现的方式中，泵浦光源还包括第一激光器、第二激光器、第一光纤耦合器及第一掺铥增益光纤；第一激光器用于输出第一激励光源，第一激励光源的波长为1150nm；第二激光器用于输出第二激励光源，第二激励光源的波长为793 nm；第一光纤耦合器的第一泵浦输入端与第一激光器的输出端连接，第一光纤耦合器的第二泵浦输入端与第二激光器的输出端连接，第一光纤耦合器的信号输入端与第二放大级的输出端连接；第一光纤耦合器用于将第一飞秒脉冲激光、第一激励光源及第二激励光源耦合进第一掺铥增益光纤；第一掺铥增益光纤与第一光纤耦合器的输出端连接，用于接收第一飞秒脉冲激光、第一激励光源及第二激励光源，以及，在第二激励光源和部分第一激励光源的激励下对第一飞秒脉冲激光再次进行功率放大和脉宽压缩；具有高峰值功率的第一飞秒脉冲激光在第一掺铥增益光纤中传输时产生孤子自频移效应，将放大后的第一飞秒脉冲激光转换为第一波长飞秒脉冲激光；第一掺铥增益光纤还用于输出第一波长飞秒脉冲激光及剩余部分的第一激励光源。
6、在一种可实现的方式中，双包层非线性光纤与第一掺铥增益光纤的输出端连接，以接收第一波长飞秒脉冲激光及第一激励光源。
7、在一种可实现的方式中，双包层非线性光纤的基质材料为氟碲酸盐玻璃；双包层非线性光纤的模场面积小于掺钬增益光纤的模场面积；双包层非线性光纤的零色散波长小于2 μm。
8、在一种可实现的方式中，掺钬增益光纤的基质材料为氟化锆玻璃；掺钬增益光纤中钬离子的掺杂浓度大于2.5 mol.%。
9、在一种可实现的方式中，掺钬增益光纤具体用于对第一波长飞秒脉冲激光和第二波长飞秒脉冲激光的能量放大；在掺钬增益光纤放大第一波长飞秒脉冲激光和第二波长飞秒脉冲激光的能量过程中，掺钬增益光纤中发生能级跃迁过程，能级跃迁过程包括：处于基态5i8的钬离子在第一激励光源的光场作用下吸收能量跃迁到高能级5i6，以使高能级5i6上钬离子的集居的粒子数大于基态5i8上钬离子的集居粒子数；处于高能级5i6的钬离子在第二波长飞秒脉冲激光的激发下向低能级5i7跃迁并释放与第二波长飞秒脉冲激光波长相同的光子；处于低能级5i7的钬离子在第一波长飞秒脉冲激光的激发下向基态5i8跃迁并释放与第一波长飞秒脉冲激光波长相同的光子。
10、在一种可实现的方式中，掺钬增益光纤放大第一波长飞秒脉冲激光能量时的增益系数是基于以下公式一确定的，放大第二波长飞秒脉冲激光能量时的增益系数是基于以下公式二确定的；
11、公式一：
12、；
13、其中，∫为积分符号，为所述第一波长飞秒脉冲激光在掺钬增益光纤的z位置处的增益系数；为第一波长飞秒脉冲激光的上能级寿命；为第二波长飞秒脉冲激光的上能级寿命；β为高能级5i6与低能级5i7之间的辐射衰减分支比；为第一波长飞秒脉冲激光对应的受激发射截面，为第一波长飞秒脉冲激光对应的吸收截面，为掺钬增益光纤的模场面积，h为普朗克常数，为第一激励光源的频率，为掺钬增益光纤吸收第一激励光源的功率，n为钬离子的掺杂浓度，l为掺钬增益光纤的光纤长度；
14、公式二：
15、；
16、其中，∫为积分符号，为第二波长飞秒脉冲激光在掺钬增益光纤的z位置处的增益系数；为第一波长飞秒脉冲激光的上能级寿命；为第二波长飞秒脉冲激光的上能级寿命；β为高能级5i6与低能级5i7之间的辐射衰减分支比；为第二波长飞秒脉冲激光对应的受激发射截面，为第二波长飞秒脉冲激光对应的吸收截面，为掺钬增益光纤的模场面积，h为普朗克常数，为第一激励光源的频率，为掺钬增益光纤吸收第一激励光源的功率。
17、在一种可实现的方式中，双包层非线性光纤输出的第一波长飞秒脉冲激光及第二波长飞秒脉冲激光的峰值功率是基于以下公式三确定的，脉冲宽度是基于以下公式四确定的；
18、公式三：
19、；
20、其中，p2.1为第一波长飞秒脉冲激光的峰值功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述泵浦光源（10）包括：锁模掺铥光纤振荡器（11）、第一放大级（12）、光纤展宽器（13）及第二放大级（14）；
3. 根据权利要求2所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述第一波长飞秒脉冲激光的波长具有第一波动范围，所述第一波动范围为大于或者等于2.02 μm且小于或者等于2.12 μm；
4.根据权利要求2所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述泵浦光源（10）还包括第一激光器（15）、第二激光器（16）、第一光纤耦合器（17）及第一掺铥增益光纤（18）；
5.根据权利要求4所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述双包层非线性光纤（20）与所述第一掺铥增益光纤（18）的输出端连接，以接收所述第一波长飞秒脉冲激光及所述第一激励光源。
6.根据权利要求1所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述双包层非线性光纤（20）的基质材料为氟碲酸盐玻璃；
7.根据权利要求1所述的双波长飞秒光纤激光
8.根据权利要求1所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述掺钬增益光纤（30）具体用于对所述第一波长飞秒脉冲激光和第二波长飞秒脉冲激光的能量放大；
9.根据权利要求8所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述掺钬增益光纤（30）放大所述第一波长飞秒脉冲激光能量时的增益系数是基于以下公式一确定的，放大所述第二波长飞秒脉冲激光能量时的增益系数是基于以下公式二确定的；
10.根据权利要求1所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述双包层非线性光纤（20）输出的所述第一波长飞秒脉冲激光及所述第二波长飞秒脉冲激光的峰值功率是基于以下公式三确定的，脉冲宽度是基于以下公式四确定的：
...【技术特征摘要】
1.一种双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述泵浦光源（10）包括：锁模掺铥光纤振荡器（11）、第一放大级（12）、光纤展宽器（13）及第二放大级（14）；
3. 根据权利要求2所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述第一波长飞秒脉冲激光的波长具有第一波动范围，所述第一波动范围为大于或者等于2.02 μm且小于或者等于2.12 μm；
4.根据权利要求2所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述泵浦光源（10）还包括第一激光器（15）、第二激光器（16）、第一光纤耦合器（17）及第一掺铥增益光纤（18）；
5.根据权利要求4所述的双波长飞秒光纤激光器，其特征在于，所述双包层非线性光纤（20）与所述第一掺铥增益光纤（18）的输出端连接，以接收所述第一波长飞秒脉冲激光及所述第一激励光源。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴永静，刘民哲，赵坤，翟瑞占，贾中青，王巍，田晓琳，刘梦霖，王丽莎，朱天瑜，李欢欣，张四维，孙丽媛，张明山，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：
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