專利名稱：雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙波長(zhǎng)可調(diào)諧光纖激光器，具體地說，是一種雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖 激光器。其摻銩光纖激光器雙波長(zhǎng)同時(shí)起振、且兩波長(zhǎng)間距可調(diào)諧。本發(fā)明適用于光纖、固 體及其它多種類型激光器的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧運(yùn)行。
背景技術(shù)：
由于在干涉彩虹全息、精密激光光譜、激光雷達(dá)、非線性頻率轉(zhuǎn)換、太赫茲差頻產(chǎn) 生、激光醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，雙波長(zhǎng)激光器的研究日益受到關(guān)注。產(chǎn)生雙波長(zhǎng)輸出的方法很多，比如在光學(xué)諧振腔中利用棱鏡或衍射光柵與高反鏡 組合分別形成多條不同波長(zhǎng)的反饋通道。這類方法在染料激光器、固體激光器、以及半導(dǎo)體 激光器中均有應(yīng)用。這樣的系統(tǒng)雖然可以產(chǎn)生雙波長(zhǎng)激光輸出，但諧振腔結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜， 元件眾多，不但難于調(diào)節(jié)，而且很難獲得高的輸出效率。也有研究者利用光纖布拉格光柵 (FBG)來獲得雙波長(zhǎng)激光輸出，已有多篇文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了該方法應(yīng)用于摻Er光纖激光器獲得雙 波長(zhǎng)輸出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這一方法雖然簡(jiǎn)化了諧振腔設(shè)計(jì)，但由于FBG本身的特點(diǎn)，不適用于 高功率運(yùn)行，另外，利用FBG做為波長(zhǎng)選擇元件的激光器，只能通過改變FBG的溫度或?qū)ζ?施加應(yīng)力獲得很小范圍的波長(zhǎng)調(diào)諧。體布拉格光柵作為波長(zhǎng)選擇元件，在固體激光器和光 纖激光器中均有應(yīng)用，且實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行波長(zhǎng)在較大范圍內(nèi)的調(diào)諧。但目前報(bào)導(dǎo)的應(yīng)用VBG的 激光器均只實(shí)現(xiàn)了單一波長(zhǎng)的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器；可以 實(shí)現(xiàn)摻銩光纖激光器雙波長(zhǎng)可調(diào)諧輸出。利用兩個(gè)VBG同時(shí)作為諧振腔端面反射元件，可 實(shí)現(xiàn)其所對(duì)應(yīng)的雙波長(zhǎng)同時(shí)起振。該激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)諧容易、且適用于高功率運(yùn)行。本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，包括第一 泵浦源，第一泵浦源的水平光路上依次放置有第一泵浦光聚焦透鏡、第一分色鏡、摻銩光 纖、第二分色鏡、第二泵浦光聚焦透鏡、第二泵浦源；面向第一分色鏡的垂直光路上放置有 輸出端激光準(zhǔn)直透鏡；面向第二分色鏡的垂直光路上放置有反射端激光準(zhǔn)直透鏡、反射式 體布拉格光柵、反射式體布拉格光柵、寬帶介質(zhì)膜高反射鏡；第一泵浦源發(fā)出的泵浦光經(jīng) 第一泵浦光聚焦透鏡聚焦，透過第一分色鏡耦合入摻雜光纖一端，第二泵浦源發(fā)出的泵浦 光經(jīng)第二泵浦光聚焦透鏡聚焦，透過第一分色鏡耦合入摻雜光纖另一端，從摻雜光纖一端 的發(fā)射光經(jīng)第一分色鏡反射到反射端激光準(zhǔn)直透鏡中形成平行光，入射到VBG1，VBG2中， VBGl為正反饋，VBG2與VBGl呈一傾斜角度為角度反饋，寬帶介質(zhì)膜高反射鏡將VBG2反射 到側(cè)面的光按原光路返回，經(jīng)第二分色鏡反射入摻銩光纖，從摻銩光纖的另一端經(jīng)第一分 色鏡反射，透過輸出端激光準(zhǔn)直透鏡后水平輸出。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所提出的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧激光裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、插入損 耗小、效率高、適用于高功率運(yùn)行，通過仔細(xì)調(diào)諧VBG的反饋，可達(dá)到雙波長(zhǎng)同時(shí)起振。且通過簡(jiǎn)單增加諧振腔端面VBG的數(shù)量，就可升級(jí)為多波長(zhǎng)同時(shí)起振的激光器。


圖1雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖2VBG處于不同反饋角度時(shí)的雙波長(zhǎng)同時(shí)振蕩光譜。
圖3雙波長(zhǎng)總的輸出功率與波長(zhǎng)間隔的關(guān)系曲線。圖中1、第一泵浦源；2、第二泵浦源；3、第一泵浦光聚焦透鏡；4、第二泵浦光聚焦 透鏡；5、第一分色鏡；6、第二分色鏡；7、摻銩光纖；8、輸出端激光準(zhǔn)直透鏡；9、反饋端激光 準(zhǔn)直透鏡；10、第一反射式體布拉格光柵(VBGl) ；11、第二反射式體布拉格光柵(VBG2) ；12、 寬帶介質(zhì)膜高反射鏡。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器由第一泵浦源1、第二泵浦源2、第一泵 浦光聚焦透鏡3、第二泵浦光聚焦透鏡4、第一分色鏡5、第二分色鏡6、摻銩光纖7、輸出端 激光準(zhǔn)直透鏡8、反饋端激光準(zhǔn)直透鏡9、第一反射式體布拉格光柵(VBGl) 10、第二反射式 體布拉格光柵(VBG2) 11和寬帶介質(zhì)膜高反射鏡12組成。第一泵浦源1的水平光路上依 次放置第一泵浦光聚焦透鏡3、第一分色鏡5、摻銩光纖7、第二分色鏡6、第二泵浦光聚焦透 鏡4和第二泵浦源2 ；面向第一分色鏡5的垂直光路上放置輸出端激光準(zhǔn)直透鏡8 ；面向第 二分色鏡6的垂直光路上放置有反射端激光準(zhǔn)直透鏡9、反射式體布拉格光柵10、反射式 體布拉格光柵11和寬帶介質(zhì)膜高反射鏡12。兩個(gè)體布拉格光柵VBGllO和VBG211作為諧 振腔端面反射元件，其中的介質(zhì)膜反射鏡12作為輔助元件來幫助實(shí)現(xiàn)VBG的角度調(diào)諧。對(duì) 兩個(gè)VBG的要求是其所反射的波長(zhǎng)處于摻Tm光纖激光器的發(fā)射光譜范圍內(nèi)。體布拉格 光柵是由一種特殊組分的光熱折射率玻璃制作而成，絕對(duì)衍射效率超過99%，溫度穩(wěn)定性 高達(dá)400°C，對(duì)脈沖波及連續(xù)波激光輻照均具有較好的耐受性，且插入損耗小。這種體布拉 格光柵提供窄光譜，最低達(dá)20pm，窄角度選擇最小達(dá)100 μ rad0本發(fā)明所用的兩個(gè)VBG波 長(zhǎng)分別為1989. 7nm和1999. 7nm，衍射效率均大于99%，光譜寬度(FWHM)分別為0. 65nm和 0. 76nm。第一泵浦源1、第二泵浦源1為半導(dǎo)體激光器，泵浦光波長(zhǎng)為792nm。第一泵浦光聚 焦透鏡2、第二泵浦光聚焦透鏡3的焦距為20mm，均垂直放置，平面與摻銩光纖7相對(duì)。第 一分色鏡5、第二分色鏡6對(duì)780 803nm波長(zhǎng)范圍的光高透，對(duì)1850 2050nm波長(zhǎng)范圍 的光高反；第一分色鏡5的傾斜角度與水平正向成45°，第二分色鏡6的傾斜角度與水平 正向成135°。摻銩光纖7的纖芯直徑25 μ m，數(shù)值孔徑為0.17，內(nèi)包層直徑為300 μ m，數(shù) 值孔徑為0. 46 ；光纖長(zhǎng)度為4. Sm。輸出端激光準(zhǔn)直透鏡6的焦距為30mm，水平放置，平面 與第一分色鏡5相對(duì)。反射端激光準(zhǔn)直透鏡9的焦距為15mm，水平放置，平面與第二分色 鏡6相對(duì)。VBGllO其入射面長(zhǎng)、寬及厚度分別為10mm，6mm，10. 89mm，反射波長(zhǎng)為1989. 7nm, 半波寬度為0. 65nm;VBG211的入射面長(zhǎng)、寬及厚度分別為10mm，6mm，10. 95mm，反射波長(zhǎng)為 1999. 7nm，半波寬度為0. 76nm ；VBGl 10和VBG211作為諧振腔端面反射元件，可以獨(dú)立調(diào)諧； 水平固定VBGl 10，調(diào)節(jié)VBG211的角度，使波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)；交換VBG11(^PVBG211的 位置，水平固定VBG110，調(diào)節(jié)VBG211的角度，使波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。寬帶介質(zhì)膜高反射鏡8在2 y m處反射率大于99%，隨VBG2(11)的角度調(diào)諧而調(diào)諧，始終使光按原光路返回。以下敘述中，我們把波長(zhǎng)為1999. 7nm的第一反射式體布拉格光柵稱為VBG1，波長(zhǎng) 1989. 7nm的第二反射式體布拉格光柵稱為VBG2。當(dāng)VBG1和VBG2均處于正反饋狀態(tài)時(shí)，它們的反射波長(zhǎng)分別為1999. 7nm和 1989. 7nm，通過仔細(xì)調(diào)節(jié)兩個(gè)VBG的反饋角度，可實(shí)現(xiàn)1989. 7nm和1999. 7nm雙波長(zhǎng)同時(shí)振 蕩輸出，如圖2中光譜曲線“3”所示，雙波長(zhǎng)總的輸出功率水平對(duì)應(yīng)于圖3中的圓圈形符號(hào) 所示。實(shí)驗(yàn)裝置中每一個(gè)VBG的反射角都可以獨(dú)立的進(jìn)行調(diào)諧。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，VBG1 的調(diào)諧曲線在1950nm 1999. 7nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)時(shí)輸出功率變化比較平緩，而VBG2在 1949nm-1989. 7nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)輸出功率也沒有明顯下降，當(dāng)兩個(gè)VBG分別繼續(xù)向更短波長(zhǎng) 方向調(diào)諧時(shí)，輸出功率表現(xiàn)出較明顯的下降趨勢(shì)。為了得到較大的波長(zhǎng)差(△ X)調(diào)諧范 圍，我們采取以下方式。首先，把VBG2調(diào)諧一個(gè)小的角度，并與高反鏡組合成反饋回路(如 圖1所示)，調(diào)到功率最優(yōu)后，在光路中插入VBG1，同樣調(diào)節(jié)到功率最優(yōu)的輸出狀態(tài)，進(jìn)一步 細(xì)調(diào)優(yōu)化后，得到雙波長(zhǎng)輸出的光譜如圖2中“5”、“6”、“7”三條曲線所示。接著，保持VBG2 正反饋，調(diào)諧VBG1的角度，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)過程，記錄了兩條光譜曲線如圖2中“1”、“2”所 示。實(shí)驗(yàn)中起振的兩個(gè)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)差調(diào)節(jié)范圍為l-50nm，由于這一范圍只受到VBG調(diào)節(jié)范 圍的限制，所以原則上，利用更加優(yōu)化設(shè)計(jì)的VBG，雙波長(zhǎng)輸出的波長(zhǎng)差可以獲得更寬的調(diào) 諧范圍。圖3分別記錄了以上調(diào)諧波長(zhǎng)處的總的輸出功率，本實(shí)驗(yàn)的最高輸出功率受限于 泵浦源的功率水平?？梢岳枚鄠€(gè)VBG作為諧振腔端面反射元件，使多個(gè)VBG所對(duì)應(yīng)的反射波長(zhǎng)同時(shí) 起振，利用VBG的反射波長(zhǎng)隨入射角度可調(diào)諧的特性，振蕩的多個(gè)波長(zhǎng)可分別在較大范圍 內(nèi)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)摻銩光纖激光器效率高、適用于高功率運(yùn)行的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，包括第一泵浦源(1)，第一泵浦源(1)的水平光路上依次放置有第一泵浦光聚焦透鏡(3)、第一分色鏡(5)、摻銩光纖(7)、第二分色鏡(6)、第二泵浦光聚焦透鏡(4)、第二泵浦源(2)；面向第一分色鏡(5)的垂直光路上放置有輸出端激光準(zhǔn)直透鏡(8)；其特征在于面向第二分色鏡(6)的垂直光路上放置有反射端激光準(zhǔn)直透鏡(9)、反射式體布拉格光柵(10)、反射式體布拉格光柵(11)和寬帶介質(zhì)膜高反射鏡(12)；第-泵浦源(1)發(fā)出的泵浦光經(jīng)第一泵浦光聚焦透鏡(3)聚焦，透過第一分色鏡(5)耦合入摻雜光纖(7)一端，第二泵浦源(2)發(fā)出的泵浦光經(jīng)第二泵浦光聚焦透鏡(4)聚焦，透過第一分色鏡(6)耦合入摻雜光纖(7)另一端，從摻雜光纖(7)一端的發(fā)射光經(jīng)第一分色鏡(6)反射到反射端激光準(zhǔn)直透鏡(9)中形成平行光，入射到VBG1(10)，VBG2(11)中，VBG1(10)為正反饋，VBG2(11)與VBG1(10)呈一傾斜角度為角度反饋，寬帶介質(zhì)膜高反射鏡(12)將VBG2(11)反射到側(cè)面的光按原光路返回，經(jīng)第二分色鏡(6)反射入摻銩光纖(7)，從摻銩光纖(7)的另一端經(jīng)第一分色鏡(5)反射，透過輸出端激光準(zhǔn)直透鏡(8)后水平輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的第一泵 浦源(1)、第二泵浦源(2)為半導(dǎo)體激光器，泵浦光波長(zhǎng)為792nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的第一泵 浦光聚焦透鏡(2)、第二泵浦光聚焦透鏡(3)的焦距為20mm，均垂直放置，平面與摻銩光纖 (7)相對(duì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的第一分 色鏡(5)、第二分色鏡(6)對(duì)780 803nm波長(zhǎng)范圍的光高透，對(duì)1850 2050nm波長(zhǎng)范圍 的光高反；第一分色鏡5)的傾斜角度與水平正向成45°，第二分色鏡(6)的傾斜角度與水 平正向成135°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的摻銩光 纖(7)的纖芯直徑25 ym，數(shù)值孔徑為0.17，內(nèi)包層直徑為300 ym，數(shù)值孔徑為0.46;光纖 長(zhǎng)度為4. 8m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所0.述的輸出端激光準(zhǔn)直透鏡(6)的焦距為30mm，水平放置，平面與第一分色鏡(5)相對(duì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的反射端 激光準(zhǔn)直透鏡(9)的焦距為15mm，水平放置，平面與第二分色鏡(6)相對(duì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的 VBG1 (10)其入射面長(zhǎng)、寬及厚度分別為10mm，6mm 10. 89mm，反射波長(zhǎng)為1989. 7nm，半波 寬度為0. 65nm ；VBG2(11)的入射面長(zhǎng)、寬及厚度分別為10mm，6mm，10. 95mm,反射波長(zhǎng)為 1999. 7nm,半波寬度為0. 76nm ；VBG1 (10)和VBG2(11)作為諧振腔端面反射元件，可以 獨(dú)立調(diào)諧；水平固定VBG1(10)，調(diào)節(jié)VBG2(11)的角度，使波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)；交換 VBG1 (10)和VBG2(11)的位置，水平固定VBG1(10)，調(diào)節(jié)VBG2(11)的角度，使波長(zhǎng)向短波長(zhǎng) 方向移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，所述的寬帶介 質(zhì)膜高反射鏡⑶在Mm處反射率大于99%，隨VBG2(11)的角度調(diào)諧而調(diào)諧，始終使光按原光路返回。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，其特征在于，可以利用多個(gè) VBG作為諧振腔端面反射元件，使多個(gè)VBG所對(duì)應(yīng)的反射波長(zhǎng)同時(shí)起振，利用VBG的反射波 長(zhǎng)隨入射角度可調(diào)諧的特性，振蕩的多個(gè)波長(zhǎng)可分別在較大范圍內(nèi)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)多 波長(zhǎng)摻銩光纖激光器效率高、適用于高功率運(yùn)行的特點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙波長(zhǎng)可調(diào)諧摻銩光纖激光器，屬激光器技術(shù)領(lǐng)域。由泵浦源、摻銩光纖、泵浦光聚焦透鏡、分色鏡、激光準(zhǔn)直透鏡、兩個(gè)反射式體布拉格光柵(volume Bragg grating，以下簡(jiǎn)稱為VBG)和寬帶介質(zhì)膜高反鏡組成。本發(fā)明利用兩個(gè)VBG作為諧振腔端面反射元件，使兩個(gè)VBG所對(duì)應(yīng)的反射波長(zhǎng)同時(shí)起振，利用體布拉格光柵反射波長(zhǎng)隨角度可調(diào)諧的特性，振蕩的兩個(gè)波長(zhǎng)可分別獨(dú)立在幾十納米的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧，其調(diào)諧范圍的大小與VBG設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)。本發(fā)明有益效果是適用于高功率運(yùn)行，且可進(jìn)一步升級(jí)為多波長(zhǎng)同時(shí)輸出的激光器系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01S3/00GK101859975SQ20101020439
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者楊曉芳, 沈德元, 王飛, 趙婷, 陳浩 申請(qǐng)人:徐州師范大學(xué)