本發(fā)明涉及中紅外激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全光纖中紅外超短脈沖激光發(fā)射器。
背景技術(shù)：
2～20μm中紅外波段不僅包含了兩個(gè)重要的大氣傳輸窗口(3～5μm和8～13μm)，同時(shí)還覆蓋了眾多重要分子及原子的吸收峰，因此，工作波長(zhǎng)位于該區(qū)域的激光源在大氣通信、光譜探測(cè)、材料加工、紅外對(duì)抗等諸多領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用前景，其中，中紅外超連續(xù)激光源因具有超寬的工作帶寬近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。2008年美國(guó)塔夫茨大學(xué)P.Domachuk等人利用1550nm飛秒激光泵浦碲酸鹽光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)了0.789～4.87μm的超連續(xù)激光產(chǎn)生；2009年，日本豐田工業(yè)大學(xué)先端光子技術(shù)研究中心G.S.Chen等人利用1450nm飛秒激光泵浦氟化物光纖產(chǎn)生了從紫外覆蓋到6.28μm中紅外波長(zhǎng)的超連續(xù)激光。相比碲酸鹽光纖和氟化物光纖，硫化物光纖具有更高的非線性折射率和更長(zhǎng)的紅外透射邊界，因此，特別適用于產(chǎn)生波長(zhǎng)更長(zhǎng)的中紅外超連續(xù)激光。2014年，丹麥科技大學(xué)C.R.Petersen等人分別利用4.5μm和6.3μm波長(zhǎng)的超短脈沖激光泵浦超高數(shù)值孔徑的硫化物光纖，實(shí)現(xiàn)了1.5～11.7μm和1.4～13.3μm的中紅外超連續(xù)激光產(chǎn)生，其中4.5μm和6.3μm波長(zhǎng)的超短脈沖激光是通過(guò)對(duì)光參量啁啾放大的固體激光差頻產(chǎn)生；2016年，日本豐田工業(yè)大學(xué)先端光子技術(shù)研究中心T.L.Cheng等人通過(guò)采用更長(zhǎng)波長(zhǎng)的9.8μm超短脈沖激光泵浦優(yōu)化的零色散平坦硫化物光纖實(shí)現(xiàn)了2.0～15.1μm的中紅外超連續(xù)激光輸出，其中9.8μm超短脈沖激光源仍采用光參量啁啾放大的固體激光差頻產(chǎn)生，這也是目前光譜最寬的中紅外超連續(xù)激光源。可以看到，在已報(bào)道的超寬帶中紅外硫化物光纖超連續(xù)光源中，均采用傳統(tǒng)固體激器作為泵浦，相比固體激光器，光纖激光器具有轉(zhuǎn)化效率高、散熱良好、光束質(zhì)量好、易于集成等一系列優(yōu)勢(shì)，因此更加適合用于作為泵浦實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)的超連續(xù)激光源。然而，由于缺乏有效的技術(shù)方案，目前光纖激光器難以在波長(zhǎng)大于4μm的中紅外波段產(chǎn)生高強(qiáng)度的超短脈沖光纖激光輸出。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種全光纖中紅外超短脈沖激光發(fā)射器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用光纖激光器難以在波長(zhǎng)大于4μm的中紅外波段產(chǎn)生高強(qiáng)度的超短脈沖光纖激光輸出的技術(shù)問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種全光纖中紅外超短脈沖激光發(fā)射器，包括順次連接的激光泵浦源、光纖環(huán)形器、氟化物拉曼光纖、沉積二維材料的氟化物微納光纖、第五光纖光柵、泵浦合束器以及摻Dy3+硫化物光纖；
其中，光纖環(huán)形器包括第一端口尾纖、第二端口尾纖以及第三端口尾纖，激光泵浦源的激光泵浦源尾纖熔接第一端口尾纖，第三端口尾纖熔接氟化物拉曼光纖首端，在氟化物拉曼光纖首端依次刻寫有第二光纖光柵、第三光纖光柵，氟化物拉曼光纖尾端刻寫有第四光纖光柵，氟化物拉曼光纖尾端熔接沉積二維材料的氟化物微納光纖，泵浦合束器包括泵浦輸入端尾纖、信號(hào)光輸入端尾纖以及出射端尾纖，泵浦輸入端尾纖熔接第二端口尾纖，所述第二端口尾纖刻寫有第一光纖光柵，信號(hào)光輸入端尾纖與第五光纖光柵熔接，所述第五光纖光柵與沉積二維材料的氟化物微納光纖熔接，所述出射端尾纖與摻Dy3+硫化物光纖熔接，摻Dy3+硫化物光纖輸出端呈8度切割角；
進(jìn)一步地，第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光具體為3μm波長(zhǎng)的激光，第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光具體為2μm波長(zhǎng)的激光。
進(jìn)一步地，所述激光泵浦源尾纖具體為非摻雜的氟化物光纖。
進(jìn)一步地，光纖環(huán)形器的第二端口尾端具體為氟化物光纖，第三端口尾端具體為氟化物光纖。
進(jìn)一步地，所述第一光纖光柵具體為氟化物均勻光纖光柵，用于對(duì)3μm波長(zhǎng)激光高反，對(duì)2μm波長(zhǎng)激光高透。
進(jìn)一步地，第二光纖光柵具體為氟化物啁啾光纖光柵，用于對(duì)4.58μm波長(zhǎng)激光高反，且對(duì)第二諧振腔產(chǎn)生的4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償從而窄化脈沖；第三光纖光柵具體為氟化物均勻光纖光柵，用于對(duì)3.62μm波長(zhǎng)的一階拉曼連續(xù)光纖激光高反。
進(jìn)一步地，所述氟化物拉曼光纖具體為非摻雜的氟化物光纖，對(duì)應(yīng)572cm-1的拉曼頻移，用于為第一諧振腔和第二諧振腔提供拉曼增益。
進(jìn)一步地，所述第四光纖光柵具體為氟化物均勻光纖光柵，用于對(duì)3.62μm波長(zhǎng)的一階拉曼連續(xù)光纖激光高反。
進(jìn)一步地，所述第五光纖光柵具體為氟化物啁啾光纖光柵，刻寫在一非摻雜的氟化物光纖上，用于對(duì)4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光半透半反，同時(shí)對(duì)第二諧振腔產(chǎn)生的4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償從而窄化脈沖。
進(jìn)一步地，所述摻Dy3+硫化物光纖用于作為增益介質(zhì)對(duì)4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光放大，8度切割角用于減小摻Dy3+硫化物光纖端面的殘余反饋。
本發(fā)明實(shí)施例至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明將氟化物拉曼光纖激光被動(dòng)鎖模與摻Pr3+硫化物光纖脈沖放大相結(jié)合，在全光纖結(jié)構(gòu)下可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)大于4μm的高強(qiáng)度超短脈沖光纖激光輸出；
2、本發(fā)明僅采用一臺(tái)雙波長(zhǎng)級(jí)聯(lián)摻Ho3+氟化物光纖激光器作為泵浦源，便可利用雙波長(zhǎng)分別用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)超過(guò)4μm的超短脈沖光纖激光產(chǎn)生和放大，大大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
3、本發(fā)明提出的雙波長(zhǎng)級(jí)聯(lián)光纖激光器泵浦產(chǎn)生高強(qiáng)度中紅外超短脈沖激光的方法具有良好的可移植性和可拓展性，可根據(jù)實(shí)際的波長(zhǎng)需求，靈活設(shè)計(jì)輸出超短脈沖光纖激光的波長(zhǎng)；
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中全光纖中紅外超短脈沖激光發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)提供一種全光纖中紅外超短脈沖激光發(fā)射器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用光纖激光器難以在波長(zhǎng)大于4μm的中紅外波段產(chǎn)生高強(qiáng)度的超短脈沖光纖激光輸出的技術(shù)問題。
為了解決上述技術(shù)問題，下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明提供的一種全光纖中紅外超短脈沖激光發(fā)射器，如圖1所示，包括順次連接激光泵浦源1、光纖環(huán)形器4、氟化物拉曼光纖14、沉積二維材料的氟化物微納光纖17、第五光纖光柵19以及摻Dy3+硫化物光纖；
具體的連接關(guān)系如下，該光纖環(huán)形器4包括第一端口尾纖5、第二端口尾纖6以及第三端口尾纖7，激光泵浦源1的激光泵浦源尾纖2熔接該第一端口尾纖5，形成第一光纖熔接點(diǎn)3，第三端口尾纖7熔接氟化物拉曼光纖14首端，形成第三光纖熔接點(diǎn)11。
該氟化物拉曼光纖14首端依次刻寫有第二光纖光柵12、第三光纖光柵13，在該氟化物拉曼光纖14尾端刻寫有第四光纖光柵15。
氟化物拉曼光纖14尾端熔接沉積二維材料的氟化物微納光纖17，形成第四光纖熔接點(diǎn)16。
泵浦合束器22包括泵浦輸入端尾纖10、信號(hào)光輸入尾端21以及出射端尾纖23，其中，泵浦輸入端尾纖10熔接第二端口尾纖6，形成第二光纖熔接點(diǎn)9，第二端口尾纖6刻寫有第一光纖光柵8；該信號(hào)光輸入尾端21熔接第五光纖光柵19，形成第六光纖熔接點(diǎn)20。第五光纖光柵19與沉積二維材料的氟化物微納光纖17熔接，形成第五光纖熔接點(diǎn)18。
該出射端尾纖23與摻Dy3+硫化物光纖25熔接，形成第七光纖熔接點(diǎn)24，在該摻Dy3+硫化物光纖25輸出端呈8度切割角26。
具體的實(shí)現(xiàn)原理：
激光泵浦源1產(chǎn)生的第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光和第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光，經(jīng)光纖環(huán)形器4，第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光經(jīng)第二端口尾纖6處的第一光纖光柵8的全反，由第三端口尾纖7輸出，然后經(jīng)第二光纖光柵12，在第三光纖光柵13、氟化物拉曼光纖14以及第四光纖光柵15構(gòu)成的第一諧振腔中產(chǎn)生3.62μm波長(zhǎng)的一階拉曼連續(xù)光纖激光，隨著激光泵浦源功率的增加，該第一諧振腔產(chǎn)生的3.62μm波長(zhǎng)的一階拉曼連續(xù)光纖激光作為泵浦源，經(jīng)第二光纖光柵12、第三光纖光柵13、氟化物拉曼光纖14、第四光纖光柵15、沉積二維材料的氟化物微納光纖17、第五光纖光柵19構(gòu)成的第二諧振腔中產(chǎn)生并輸出4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光，上述，激光泵浦源1產(chǎn)生的激光經(jīng)光纖環(huán)形器4分束時(shí)，第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光經(jīng)第二端口尾纖6的第一光纖光柵8時(shí)，將該第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光全透，然后經(jīng)泵浦輸入端尾纖10進(jìn)入泵浦合束器22，與該第二諧振腔輸出的4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光合束，由泵浦合束器22的出射端尾纖23輸出，進(jìn)入摻Dy3+硫化物光纖中，在第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)激光的作用下，4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光被放大并由8度切割角輸出4.58μm波長(zhǎng)的超短脈沖激光。
在具體的實(shí)施方式中，該第一預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光具體為3μm波長(zhǎng)的激光，第二預(yù)設(shè)波長(zhǎng)的激光具體為2μm波長(zhǎng)的激光。
激光泵浦源尾纖2為非摻雜的氟化物光纖用于輸出激光泵浦源1產(chǎn)生的3μm和2μm波長(zhǎng)連續(xù)激光。該光纖環(huán)形器4用于控制激光傳播方向，激光傳播方向僅遵從，該光纖環(huán)形器4第二端口尾纖6輸入的激光從光纖環(huán)形器4第三端口尾纖7輸出，該光纖環(huán)形器4第一端口尾纖5基質(zhì)材料為氟化物，用于作為激光輸入端，該第二端口尾纖6基質(zhì)材料為氟化物，用于作為激光輸出兼輸入端，第三端口尾纖7基質(zhì)材料為氟化物，用于作為激光輸出端。
第一光纖光柵8為氟化物均勻光纖光柵，直接刻寫在第二端口尾纖6上，反射中心波長(zhǎng)為3μm，對(duì)3μm波長(zhǎng)激光高反，對(duì)2μm波長(zhǎng)激光高透，用于將3μm和2μm波長(zhǎng)連續(xù)激光分離。
第二光纖光柵12為氟化物啁啾光纖光柵，直接刻寫在氟化物拉曼光纖14首端，反射中心波長(zhǎng)為4.58μm(對(duì)應(yīng)二階拉曼光纖激光波長(zhǎng))，對(duì)4.58μm波長(zhǎng)激光高反，該第二光纖光柵12作為第二諧振腔一端反饋的同時(shí)還對(duì)4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償從而窄化脈沖。
第三光纖光柵13為氟化物均勻光纖光柵，直接刻寫在氟化物拉曼光纖14首端，且位于第二光纖光柵12后，反射中心波長(zhǎng)為3.62μm(對(duì)應(yīng)一階拉曼光纖激光波長(zhǎng))，對(duì)3.62μm波長(zhǎng)激光高反，該第三光纖光柵13作為第一諧振腔反饋端。
該氟化物拉曼光纖14具體為非摻雜的氟化物光纖，對(duì)應(yīng)572cm-1的拉曼頻移，用于提供拉曼增益，從而產(chǎn)生3.62μm波長(zhǎng)的一階拉曼光纖激光和4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼光纖激光。
第四光纖光柵15為氟化物均勻光纖光柵，直接刻寫在氟化物拉曼光纖14尾端，反射中心波長(zhǎng)為3.62μm(對(duì)應(yīng)一階拉曼光纖激光波長(zhǎng))，對(duì)3.62μm波長(zhǎng)激光高反，該第四光纖光柵15作為第一諧振腔的另一反饋端。
該氟化物拉曼光纖14尾端與沉積二維材料的氟化物微納光纖17熔接，該沉積二維材料的氟化物微納光纖17用于對(duì)4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼光纖激光鎖模產(chǎn)生超短脈沖光纖激光。
沉積二維材料的氟化物微納光纖17與第五光纖光柵19熔接，該第五光纖光柵19為氟化物啁啾光纖光柵，且該第五光纖光柵19直接刻寫在一段非摻雜的氟化物光纖上，反射中心波長(zhǎng)為4.58μm(對(duì)應(yīng)二階拉曼光纖激光波長(zhǎng))，對(duì)4.58μm波長(zhǎng)激光半透半反，該第五光纖光柵19作為第二諧振腔的另一反饋端，同時(shí)耦合輸出，還對(duì)該4.58μm波長(zhǎng)的二階拉曼超短脈沖光纖激光進(jìn)行色散補(bǔ)償從而窄化脈沖。
泵浦合束器22的泵浦入射端口尾纖10基質(zhì)材料為氟化物，用于入射2μm波長(zhǎng)連續(xù)激光。
由第五光纖光柵19與泵浦合束器22的信號(hào)光入射端尾纖21熔接，該信號(hào)光入射尾纖21基質(zhì)材料為氟化物，用于將4.58μm波長(zhǎng)激光導(dǎo)入泵浦合束器22，該泵浦合束器22用于將2μm波長(zhǎng)激光和4.58μm波長(zhǎng)激光合束，該泵浦合束器22的出射端尾纖23基質(zhì)材料為氟化物，用于將合束后的2μm波長(zhǎng)激光和4.58μm波長(zhǎng)激光輸出。
然后，該泵浦合束器22的出射端尾纖23與摻Dy3+硫化物光纖25熔接，上述輸出的合束的激光射入該摻Dy3+硫化物光纖25，該摻Dy3+硫化物光纖25作為增益介質(zhì)，同時(shí)在2μm波長(zhǎng)激光作用下，4.58μm波長(zhǎng)的激光放大，最終由8度切割角26輸出高強(qiáng)度的4.58μm超短脈沖激光，該激光可用于中紅外超連續(xù)激光產(chǎn)生。該8度切割角26用于減小摻Dy3+硫化物光纖端面的殘留反饋。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。