產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法及光學(xué)參量振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于中紅外光纖激光器領(lǐng)域，涉及一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法及光學(xué)參量振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]四波混頻，是一種利用材料的光學(xué)非線性響應(yīng)，使得注入的兩個(gè)栗浦光子煙滅，同時(shí)在兩個(gè)新的波長(zhǎng)處分別產(chǎn)生一個(gè)光子的過(guò)程。光纖作為一種非線性介質(zhì)在輸入栗浦光的條件下會(huì)因四波混頻產(chǎn)生新的波長(zhǎng)的光，再通過(guò)引入激光諧振腔，讓新產(chǎn)生的光在腔內(nèi)循環(huán)并因四波混頻不斷放大直至穩(wěn)定而產(chǎn)生激光輸出的結(jié)構(gòu)即是光纖光學(xué)參量振蕩器。
[0003]普通二氧化硅光纖由于其在大于2 μπι波段有較大的吸收損耗，利用其作為光纖光學(xué)參量振蕩器的增益介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)激光輸出2-5 μπι波長(zhǎng)極其困難，而硫系光纖在中紅外波段具有較寬的透射窗口(1-6 ym)，且材料的非線性系數(shù)比二氧化硅高出兩至三個(gè)數(shù)量級(jí)，因而更適宜作為中紅外光纖光學(xué)參量振蕩器的增益介質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于利用硫系光纖的中紅外傳輸窗口及高非線性系數(shù)，設(shè)計(jì)輸出波長(zhǎng)在2-5 μπι連續(xù)可調(diào)的光纖光學(xué)參量振蕩器。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法，該方法具體為:以As2S5三孔懸芯光纖作為參量放大的非線性增益介質(zhì)，將栗浦源發(fā)出的栗浦光輸入到單諧振激光腔內(nèi)，使得As2S5三孔懸芯光纖中因四波混頻產(chǎn)生相對(duì)于栗浦光波長(zhǎng)更短的信號(hào)光與相對(duì)于栗浦光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的閑頻光，當(dāng)信號(hào)光在單諧振激光腔內(nèi)振蕩并不斷增強(qiáng)直至穩(wěn)定值時(shí)，栗浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖所產(chǎn)生的閑頻光也被放大并產(chǎn)生中紅外激光輸出。
[0006]進(jìn)一步地，所述As2S5三孔懸芯光纖的懸芯部分的內(nèi)切圓直徑為2.6 μπι，支撐臂的寬度為0.6 μm，光纖的零色散波長(zhǎng)為2 μπι;所述栗浦源為摻銩光纖激光器。
[0007]進(jìn)一步地，通過(guò)調(diào)節(jié)栗浦光波長(zhǎng)從1.9至2 μπι，閑頻光的調(diào)諧波長(zhǎng)范圍可覆蓋2-5 μ m。
[0008]—種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的光纖光學(xué)參量振蕩器，該振蕩器包括摻鎊光纖激光器、偏振控制器、第一介質(zhì)鏡、第一親合透鏡、As2S5三孔懸芯光纖、第二親合透鏡、第二介質(zhì)鏡、第一反射鏡和第二反射鏡；摻鎊光纖激光器輸出栗浦光，經(jīng)偏振控制器調(diào)節(jié)其偏振態(tài)以使在As2S5三孔懸芯光纖中產(chǎn)生的四波混頻效率達(dá)到最大，然后經(jīng)第一介質(zhì)鏡再由第一耦合透鏡耦合進(jìn)入As2S5三孔懸芯光纖中，再依次經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡、第二介質(zhì)鏡輸出。As2S5三孔懸芯光纖在栗浦激勵(lì)的情況下因四波混頻產(chǎn)生信號(hào)光和閑頻光。在As 2S5三孔懸芯光纖中產(chǎn)生的閑頻光經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡、第二介質(zhì)鏡輸出。在As2S5三孔懸芯光纖中產(chǎn)生的信號(hào)光依次經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡、第二介質(zhì)鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第一介質(zhì)鏡、第一親合透鏡返回到As2S5三孔懸芯光纖中。第一介質(zhì)鏡、第二介質(zhì)鏡、第一反射鏡及第二反射鏡組成激光諧振腔。其中第一介質(zhì)鏡對(duì)栗浦光高透而對(duì)信號(hào)光高反，第二介質(zhì)鏡對(duì)栗浦光與閑頻光高透而對(duì)信號(hào)光高反，因而栗浦光與新產(chǎn)生的閑頻光在As2S5三孔懸芯光纖中僅走了一個(gè)單程便從第二介質(zhì)鏡輸出，而信號(hào)光繼續(xù)在激光腔內(nèi)諧振，直至穩(wěn)定，此時(shí)栗浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖所產(chǎn)生的閑頻光將會(huì)得到穩(wěn)定的激光輸出。
[0009]進(jìn)一步地，所述As2S5三孔懸芯光纖的懸芯部分的內(nèi)切圓直徑為2.6 μπι，支撐臂的寬度為0.6 μ m，光纖的零色散波長(zhǎng)為2 μ m。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)優(yōu)化As2S5三孔懸芯光纖結(jié)構(gòu)尺寸，可以采用輸出波長(zhǎng)在2 μπι附近并已經(jīng)商用的摻銩光纖激光器作為四波混頻過(guò)程的栗浦源。通過(guò)調(diào)節(jié)栗浦光波長(zhǎng)從1.9至2 μπι，閑頻光的調(diào)諧波長(zhǎng)范圍可覆蓋2-5 μm，實(shí)現(xiàn)了寬帶可調(diào)的中紅外激光器。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為As2S5三孔懸芯光纖的橫截面圖；
[0012]圖2為中央懸芯部分A的局部放大圖；
[0013]圖3為滿足相位匹配條件時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)圖；
[0014]圖4為本發(fā)明光纖光學(xué)參量振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為光纖長(zhǎng)度為0.lm時(shí)輸出閑頻光與栗浦光功率的關(guān)系圖；
[0016]圖中:1為摻鎊光纖激光器，2為偏振控制器，3為第一介質(zhì)鏡，4為第一親合透鏡，5為As2S5三孔懸芯光纖，6為第二耦合透鏡，7為第二介質(zhì)鏡，8為第一反射鏡，9為第二反射鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明提供的一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法，該方法具體為:以As2S5三孔懸芯光纖作為參量放大的非線性增益介質(zhì)，將栗浦源發(fā)出的栗浦光輸入到單諧振激光腔內(nèi)，使得As2S5三孔懸芯光纖中因四波混頻產(chǎn)生相對(duì)于栗浦光波長(zhǎng)更短的信號(hào)光與相對(duì)于栗浦光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的閑頻光，當(dāng)信號(hào)光在單諧振激光腔內(nèi)振蕩并不斷增強(qiáng)直至穩(wěn)定值時(shí)，栗浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖所產(chǎn)生的閑頻光也被放大并產(chǎn)生中紅外激光輸出。
[0019]如圖1、2所示，所述As2S5三孔懸芯光纖的三條連接懸芯與外壁的支撐臂互成120度對(duì)稱分布，并通過(guò)圓弧彼此平滑連接，再與外壁一起構(gòu)成三個(gè)封閉的空氣孔。懸芯部分的內(nèi)切圓直徑為2.6 μ m，支撐臂的寬度為0.6 μ m，在此結(jié)構(gòu)尺寸下，光纖的零色散波長(zhǎng)為2 μπι。由于要滿足四波混頻的相位匹配條件，栗浦光波長(zhǎng)需接近光纖的零色散波長(zhǎng)，因而可以選用輸出波長(zhǎng)在2 μπι附近并已商業(yè)化的摻銩光纖激光器作為栗浦源。圖3顯示了滿足相位匹配條件下，信號(hào)光與閑頻光波長(zhǎng)隨栗浦光波長(zhǎng)變化的曲線，當(dāng)調(diào)節(jié)栗浦光波長(zhǎng)從1.9至2 μπι時(shí)，相應(yīng)的閑頻光的調(diào)諧波長(zhǎng)范圍可覆蓋2-5 μπι。
[0020]如圖4所示，本發(fā)明提供的一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的光纖光學(xué)參量振蕩器，該振蕩器包括摻鎊光纖激光器1、偏振控制器2、第一介質(zhì)鏡3、第一親合透鏡4、As2S5三孔懸芯光纖5、第二耦合透鏡6、第二介質(zhì)鏡7、第一反射鏡8和第二反射鏡9 ;摻銩光纖激光器1輸出栗浦光，經(jīng)偏振控制器2調(diào)節(jié)其偏振態(tài)以使在As2S5三孔懸芯光纖5中產(chǎn)生的四波混頻效率達(dá)到最大，然后經(jīng)第一介質(zhì)鏡3再由第一耦合透鏡4耦合進(jìn)入As2S5三孔懸芯光纖5中，再依次經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡6、第二介質(zhì)鏡7輸出。而在As2S5三孔懸芯光纖5中產(chǎn)生的閑頻光經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡6、第二介質(zhì)鏡7輸出。在As2S5三孔懸芯光纖5中產(chǎn)生的信號(hào)光依次經(jīng)過(guò)第二親合透鏡6、第二介質(zhì)鏡7、第一反射鏡8、第二反射鏡9、第一介質(zhì)鏡
3、第一耦合透鏡4返回到As2S5三孔懸芯光纖5中。其中第一介質(zhì)鏡3對(duì)栗浦光高透而對(duì)信號(hào)光高反，第二介質(zhì)鏡7對(duì)栗浦光與閑頻光高透而對(duì)信號(hào)光高反，因而栗浦光與新產(chǎn)生的閑頻光在As2S5三孔懸芯光纖5中僅走了一個(gè)單程便從第二介質(zhì)鏡7輸出，而信號(hào)光繼續(xù)在激光腔內(nèi)諧振，直至穩(wěn)定，此時(shí)栗浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖5所產(chǎn)生的閑頻光將會(huì)得到穩(wěn)定的激光輸出。
[0021]如圖5所示，當(dāng)As2S5三孔懸芯光纖5長(zhǎng)度選為0.lm時(shí)，隨著栗浦光功率增大，輸出的閑頻光功率趨于飽和。此時(shí)用輸出的閑頻光功率除以栗浦光功率來(lái)定義轉(zhuǎn)化效率，則栗浦光功率為2.7W對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)化效率為19%，與其他的中紅外光纖光學(xué)參量振蕩器相比，本發(fā)明振蕩器具有較好的轉(zhuǎn)化效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法，其特征在于，該方法具體為:以As 2S5三孔懸芯光纖作為參量放大的非線性增益介質(zhì)，將栗浦源發(fā)出的栗浦光輸入到單諧振激光腔內(nèi)，使得As2S5三孔懸芯光纖中因四波混頻產(chǎn)生相對(duì)于栗浦光波長(zhǎng)更短的信號(hào)光與相對(duì)于栗浦光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的閑頻光，當(dāng)信號(hào)光在單諧振激光腔內(nèi)振蕩并不斷增強(qiáng)直至穩(wěn)定值時(shí)，栗浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖所產(chǎn)生的閑頻光也被放大并產(chǎn)生中紅外激光輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法，其特征在于，所述As2S5三孔懸芯光纖的懸芯部分的內(nèi)切圓直徑為2.6 μ m，支撐臂的寬度為0.6 μπι，光纖的零色散波長(zhǎng)為2 μπι ;所述栗浦源為摻銩光纖激光器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)栗浦光波長(zhǎng)從1.9至2 μπι，閑頻光的調(diào)諧波長(zhǎng)范圍可覆蓋2-5 μπι。4.一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的光纖光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，該振蕩器包括摻鎊光纖激光器(1)、偏振控制器(2)、第一介質(zhì)鏡(3)、第一親合透鏡(4)、As2S5三孔懸芯光纖(5)、第二親合透鏡(6)、第二介質(zhì)鏡(7)、第一反射鏡(8)和第二反射鏡(9);摻銩光纖激光器(1)輸出栗浦光，經(jīng)偏振控制器(2)調(diào)節(jié)其偏振態(tài)，然后經(jīng)第一介質(zhì)鏡(3)再由第一耦合透鏡(4)耦合進(jìn)入As2S5三孔懸芯光纖(5)中，再依次經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡(6)、第二介質(zhì)鏡(7)輸出。在As2S5三孔懸芯光纖(5)中產(chǎn)生的閑頻光經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡(6)、第二介質(zhì)鏡(7)輸出。在As2S5三孔懸芯光纖(5)中產(chǎn)生的信號(hào)光依次經(jīng)過(guò)第二耦合透鏡(6)、第二介質(zhì)鏡(7)、第一反射鏡(8)、第二反射鏡(9)、第一介質(zhì)鏡(3)、第一親合透鏡(4)返回到As2S5三孔懸芯光纖(5)中。其中第一介質(zhì)鏡(3)對(duì)栗浦光高透而對(duì)信號(hào)光高反，第二介質(zhì)鏡(7)對(duì)栗浦光與閑頻光高透而對(duì)信號(hào)光高反，因而栗浦光與新產(chǎn)生的閑頻光在As2S5三孔懸芯光纖(5)中僅走了一個(gè)單程便從第二介質(zhì)鏡(7)輸出，而信號(hào)光繼續(xù)在激光腔內(nèi)諧振，直至穩(wěn)定，此時(shí)栗浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖(5)所產(chǎn)生的閑頻光將會(huì)得到穩(wěn)定的激光輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的光纖光學(xué)參量振蕩器，其特征在于，所述As2S5三孔懸芯光纖(5)的懸芯部分的內(nèi)切圓直徑為2.6 μπι，支撐臂的寬度為0.6 μ m，光纖的零色散波長(zhǎng)為2 μ m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生寬帶可調(diào)的中紅外波段激光的方法及光學(xué)參量振蕩器，該方法以As2S5三孔懸芯光纖作為參量放大的非線性增益介質(zhì)，將泵浦源發(fā)出的泵浦光輸入到單諧振激光腔內(nèi)，使得As2S5三孔懸芯光纖中因四波混頻產(chǎn)生相對(duì)于泵浦光波長(zhǎng)更短的信號(hào)光與相對(duì)于泵浦光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的閑頻光，當(dāng)信號(hào)光在單諧振激光腔內(nèi)振蕩并不斷增強(qiáng)直至穩(wěn)定值時(shí)，泵浦光單次通過(guò)As2S5三孔懸芯光纖所產(chǎn)生的閑頻光也被放大并產(chǎn)生中紅外激光輸出。本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化As2S5三孔懸芯光纖結(jié)構(gòu)尺寸，采用輸出波長(zhǎng)在2μm附近并已經(jīng)商用的摻銩光纖激光器作為四波混頻過(guò)程的泵浦源。通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦光波長(zhǎng)從1.9至2μm，閑頻光的調(diào)諧波長(zhǎng)范圍可覆蓋2-5μm，實(shí)現(xiàn)了寬帶可調(diào)的中紅外激光器。
【IPC分類】H01S3/094, H01S3/081, G02F1/39
【公開號(hào)】CN105428978
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511015661
【發(fā)明人】高士明, 魏一振, 白航宇, 楊雄, 何賽靈
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日