单泵浦中近红外双波段光纤激光器的制作方法

本实用新型涉及一种单泵浦中近红外双波段光纤激光器，属于中近红外激光技术领域。

背景技术：

水在2.8μm和1.6μm波段处各有一个吸收峰，2.8μm波长的激光可进行精确切割而1.6μm波长的激光可凝结止血，因此同时输出此两个波段的激光器可用于开发多用途的激光医疗系统，比如外科手术刀、微创内窥镜等，还可用于激光通信、激光加工等，具有广泛的应用前景和实用价值。在各种产生中近红外激光的技术中，相对于光参量振荡器、光参量放大器及量子级联激光器而言，光纤激光器具有高光束质量、高转换效率、高峰值功率、波段范围宽、阈值低、以及高的“表面积/体积”比、柔韧性好、使用灵活、易于集成等显著优点，因此发展高效率的中近红外光纤激光器有着重要的科学意义和应用价值。目前已有国外研究机构采用两个独立的激光器进行合束获得含该两波段激光的光束，结构复杂，成本高，不利于推广应用。国内的研究主要集中在单一波段的参量振荡获得近红外激光或者采用FOPO技术实现小范围可调谐红外光输出，也有基于采用双泵浦源泵浦同一增益光纤介质实现双波段输出的文献报道。

以上的激光器都有在启动初期输出功率不稳定的问题，影响使用效果，这种情况主要取决于激光器的振荡原理，不易解决。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术存在结构复杂的问题，提出一种单泵浦中近红外双波段光纤激光器。

本实用新型采用的技术方案如下：

单泵浦中近红外双波段光纤激光器，其特征是，其包括光纤耦合输出半导体激光泵浦源、耦合透镜组、第一反射镜、双包层掺铒氟化物光纤、第二反射镜、锗透镜、第三反射镜、延时器和控制器；

第二反射镜、锗透镜和第三反射镜同轴设置，且光轴与双包层掺铒氟化物光纤的光纤轴同轴，第二反射镜设置在双包层掺铒氟化物光纤的D端面上，第二反射镜和第三反射镜分别位于锗透镜的两侧焦平面上；

双包层掺铒氟化物光纤的C端面与第二反射镜的E面组成第一谐振腔，其与第三反射镜的G面组成第二谐振腔；

光纤耦合输出半导体激光泵浦源输出连续泵浦光，泵浦光由耦合透镜组聚焦并经过第一反射镜反射后进入双包层掺铒氟化物光纤内；

泵浦光由双包层掺铒氟化物光纤的C端入射，激光在第一谐振腔和第二谐振腔中分别振荡，形成两个中近红外波段激光，再经第一反射镜透射输出；

在输出的激光光轴上设置延时器，控制器与延时器连接对其进行控制。

所述光纤耦合输出半导体激光泵浦源输出波长为975nm，激光经传导光纤输出。

所述的第一反射镜的A端面镀975nm全反膜以及2.8μm和1.6μm增透膜，B端面镀2.8μm和1.6μm增透膜。

所述双包层掺铒氟化物光纤为激光工作物质，其D端面镀镀2.8μm和1.6μm增透膜，C端面镀975nm增透膜以及2.8μm和1.6μm部分增透膜，透过率为10％。

所述的第二反射镜的材料为锗，其E端面镀975nm与1.6μm全反和2.8μm增透膜，其F端面镀2.8μm增透膜。

所述的锗透镜对激光光束进行会聚调整，使其完全耦合进双包层掺铒氟化物光纤，减少光束溢出损耗。

所述的第三反射镜为G端面镀金反射镜，对2.8μm波长的光反射率99％。

所述的延时器为电光晶体开关。

所述的控制器为延迟时间控制器，采用数字电路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型激光器设计了一种复合谐振腔和一种延时控制开关，通过复合谐振腔分别对两个波长进行输出效率和振荡模式控制，以获得相对稳定的功率输出；通过延时控制开关对输出光进行延时过滤，去除激光器在启动初始时的弛豫振荡输出部分，从而获得2.8μm和1.6μm双波段激光功率稳定输出的中近红外光纤激光器。

本实用新型所述的单泵浦中近红外双波段光纤激光器可应用于激光医疗、光电对抗、激光通信、空间探测等领域。

附图说明

图1为本实用新型之单泵浦中近红外双波段稳定输出光纤激光器的结构示意图，该图兼作为摘要附图。图中，1为光纤耦合输出半导体激光泵浦源、2为耦合透镜组、3为第一反射镜、4为双包层掺铒氟化物光纤、5为第二反射镜、6为锗透镜、7为第三反射镜、8为延时器、9为控制器。

图2为本实用新型之激光能级跃迁结构原理图。在975nm的泵浦下，基态粒子被激发到高能级⁴I_11/2，在级联模式下，激活粒子从⁴I_11/2能级跃迁到⁴I_13/2能级产生2.8μm的激光输出，而从⁴I_13/2能级跃迁到⁴I_15/2能级将会产生1.6μm的激光输出。

图3为本实用新型之实验输出双波段激光光谱图。

图4为图3中1.6μm波段部分的线宽放大图。

图5为图3中2.8μm波段部分的线宽放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，单泵浦中近红外双波段光纤激光器，包括光纤耦合输出半导体激光泵浦源1、耦合透镜组2、第一反射镜3、双包层掺铒氟化物光纤4、第二反射镜5、锗透镜6、第三反射镜7、延时器8和控制器9。

第二反射镜5、锗透镜6和第三反射镜7依次同轴设置，且光轴与双包层掺铒氟化物光纤4的光纤轴同轴。第二反射镜5设置在双包层掺铒氟化物光纤4的D端面，即第二反射镜5的E面紧靠双包层掺铒氟化物光纤4的D端面。第二反射镜5和第三反射镜7分别位于锗透镜6的两侧焦平面上。锗透镜6对激光光束进行会聚调整，使其完全耦合进入双包层掺铒氟化物光纤4，减少光束溢出损耗。

双包层掺铒氟化物光纤4的C端面与第二反射镜5的E面组成第一谐振腔，其与第三反射镜7的G面组成第二谐振腔，两个谐振腔为串联关系，便于调节腔长，第一谐振腔和第二谐振腔分别对1.6μm和2.8μm两个波长进行输出效率和振荡模式控制。

所述的光纤耦合输出半导体激光泵浦源1输出975nm连续泵浦光，泵浦光由耦合透镜组2聚焦并经过第一反射镜3反射后进入双包层掺铒氟化物光纤4内，泵浦光由双包层掺铒氟化物光纤4的C端出射，激光在第一谐振腔和第二谐振腔中分别振荡，形成1.6μm和2.8μm两个中近红外波段激光，经第一反射镜3透射输出，在输出的激光光轴上设置延时器8，由控制器9对延时器8进行控制，滤除掉输出激光束的初期功率不稳定部分，获得功率稳定的激光束。

所述光纤耦合输出半导体激光泵浦源1为975nm激光器，经传导光纤输出。

所述双包层掺铒氟化物光纤4为激光工作物质，其D端面镀2.8μm和1.6μm增透膜，C端面镀975nm增透膜以及2.8μm和1.6μm部分增透膜，透过率为10％。双包层掺铒氟化物光纤4具有丰富的能级结构，其中⁴I_11/2能级、⁴I_13/2能级和⁴I_15/2能级三者可以形成级联跃迁。在975nm的泵浦下，基态粒子激发到高能级⁴I_11/2，在级联振荡模式下，激活粒子从⁴I_11/2能级跃迁到⁴I_13/2能级产生2.8μm的激光输出，进而从⁴I_13/2能级跃迁到⁴I_15/2能级将会产生1.6μm的激光输出，如图2所示。

所述的第一反射镜3的A端面镀975nm全反膜以及2.8μm和1.6μm增透膜，B端面镀2.8μm和1.6μm增透膜。

所述的第二反射镜5的材料为锗，E端面镀975nm和1.6μm全反和2.8μm增透膜，F端面镀2.8μm增透膜。

所述的第三反射镜7为G端面镀金反射镜，对2.8μm波长的光反射率99％。

所述的延时器8对激光光束进行滤除，使激光器工作初期输出的功率不稳定部分被吸收掉，然后开关打开，功率稳定的激光束正常输出。

所述的控制器9对延时器8进行工作时间控制，使激光器工作初期这一时间段内的输出功率不稳定部分被吸收掉，双波段激光功率稳定后，开关打开，激光束正常输出。

所述的延时器8为电光晶体开关，响应速度快，关断效果好。

所述的控制器9为延迟时间控制器，采用数字电路。

本实用新型单泵浦中近红外双波段光纤激光器获得的1.6μm和2.8μm两个中近红外波段激光，如图3所示，其中1.6μm和2.8μm波段部分的线宽放大图分别见图4和图5。

单泵浦中近红外双波段光纤激光器稳定输出方法，该方法包括以下步骤：

第一步，将第二反射镜5、锗透镜6和第三反射镜7同轴设置，且光轴与双包层掺铒氟化物光纤4的光纤轴同轴，第二反射镜5设置在双包层掺铒氟化物光纤4的D端面上，第二反射镜5和第三反射镜7分别位于锗透镜6的两侧焦平面上；

双包层掺铒氟化物光纤4的C端面与第二反射镜5的E面组成第一谐振腔，其与第三反射镜7的G面组成第二谐振腔；

所述的光纤耦合输出半导体激光泵浦源1输出连续泵浦光，泵浦光由耦合透镜组2聚焦并经过第一反射镜3反射后进入双包层掺铒氟化物光纤4内，泵浦光由双包层掺铒氟化物光纤4的C端入射，激光在第一谐振腔和第二谐振腔中分别振荡，形成两个中近红外波段激光，经第一反射镜3透射输出。

第二步，在输出的激光光轴上设置延时器8，由控制器9对延时器8进行控制，滤除掉输出激光束的初期功率不稳定部分，获得功率稳定的激光束。