專利名稱：全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖激光器領域，具體地說是提出一種全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器。
背景技術：
近年來，隨著光纖激光器的發展，2 μ m波段光纖激光器以其人眼安全等特性被廣泛用于激光測距、激光雷達和遠距離傳感等領域，在軍事方面發揮著巨大的作用。同時由于 2 μ m波段的激光存在著對0H—強烈的吸收窗口，高強度的熱效應可使人體組織產生凝固、碳化或汽化效應，因此可應用于人體組織的凝固、止血和高效率切除，其手術切除創面小、出血少，而且可以避免金屬制手術刀因直接接觸皮膚而具有的潛在污染問題，因此2 μ m波段的激光也具有廣闊的醫學應用前景。另外，通信上，除本身可作為空間光通信的光源外，還可作為泵浦源去抽運其它工作物質，以產生4 μ m-5 μ m波長的激光，應用于空間光通信。鈥離子因其具有可輻射出2μπι激光的能級結構，已被作為2μπι波段各種不同基質中激光的激活離子而廣泛研究，而摻鈥離子石英基光纖激光器是研制波長為2 μ m的緊湊、高效全固態激光器的最有前途的候選者。但是在單摻鈥離子的石英基光纖中，無輻射躍遷占據主導地位，激光產生效率低，共摻銩可以有效解決這一問題，利用銩鈥離子之間的能量轉移機制，有效降低了單摻鈥離子的無輻射躍遷，整體效率得到了提升。銩鈥離子共摻石英基光纖激光器主要有3種泵浦機制，分別對應3種泵浦帶800nm，1200nm和1600nm。 國內外對于銩鈥共摻光纖激光器的研究主要集中在SOOnm和1200nm泵浦帶，并且分別得到了不同功率的激光輸出，對于1600nm泵浦帶(吸收光譜范圍約為1500-1750nm)泵浦的銩鈥共摻光纖激光器的研究卻很少。目前，已經有高功率摻鉺光纖激光器的報道。2003年Photoncis公司已經報道可以生產最大連續輸出功率為80W的可調諧鉺鐿共摻單模光纖激光器，調諧范圍為 1550-1567nm，這就為1600nm泵浦帶泵浦的銩鈥共摻光纖激光器的研制提供了可以利用的泵浦源。此泵浦源不僅可以提供高功率泵浦而且帶有單模尾纖輸出，可以實現泵浦源和銩鈥共摻光纖的高效率耦合。由于銩鈥共摻雜光纖是由摻鉺光纖激光器泵浦，實現了真正意義上的2 μ m波段全光纖激光器。又因為ieOOnm波段激光泵浦銩鈥共摻石英基光纖能夠簡化系統的能級結構(如附圖幻，減少復雜機制對于整體效率的影響，更有利于光纖效能的發揮。另外，ieOOnm波段的光能量轉換為2 μ m波段的光能量的理論轉換效率約為80%，而800nm和1200nm波段的光能量轉換為2μπι波段的光能量的理論轉換效率也分別只有約80%和60%。所以，研究和制作ieOOnm波段光纖激光器泵浦的銩鈥共摻全光纖型光纖激光器具有實際的意義。

發明內容
本發明的目的在于提出一種全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器。本發明采取了如下技術方案一種全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，包括第一泵浦源101，第二泵浦源102，2合1光纖合束器103，第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖 105，第二反射光柵106，隔離器201，第三反射光柵202，銩鈥共摻雜光纖203，法布里-波羅 (F-P)標準具204 ；2合1光纖合束器103的一端有2根光纖分別與第一泵浦源101和第二泵浦源102 的尾纖熔接；2合1光纖合束器103的另一端與第一反射光柵104熔接；第一反射光柵104 的另一端與鉺鐿共摻雜光纖105連接；鉺鐿共摻雜光纖105的另一端與第二反射光柵106 連接；第二反射光柵106與隔離器201熔接；隔離器201的另一端與第三反射光柵202熔接；第三反射光柵202的另一端與銩鈥共摻雜光纖203連接；銩鈥共摻雜光纖203的另一端與法布里-波羅(F-P)標準具204連接。第一泵浦源101，第二泵浦源102，2合1光纖合束器103，第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖105，第二反射光柵106共同構成泵浦系統1。其中，第一泵浦源101，第二泵浦源102均為980nm半導體激光器(LD) ；2合1光纖合束器103可將101和102的激光耦合進入單模光纖；第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖105，第二反射光柵106共同構成泵浦系統1的激光諧振腔且第一反射光柵104和第二反射光柵106具有相同的反射波長但具有不同的反射率，其反射波長和反射率可以根據實際需要確定；第一反射光柵104和第二反射光柵106通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿共摻雜光纖上；鉺鐿共摻光纖的長度可以根據實際需要確定；隔離器201防止激光逆向傳播；第三反射光柵202，銩鈥共摻雜光纖203，法布里-波羅(F-P)標準具204構成全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器的光學諧振腔；其中，第三反射光柵202和法布里-波羅(F-P)標準具204具有相同的反射波長但具有不同的反射率，其反射波長和反射率可以根據實際需要確定；第三反射光柵202和法布里-波羅(F-P) 標準具204通過相位掩膜法直接寫在銩鈥共摻雜光纖上；銩鈥共摻光纖的長度可以根據實際需要確定。全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，有第一泵浦源101、第二泵浦源102、第三泵浦源107和第四泵浦源108的尾纖分別與4合1光纖合束器109連接的四端頭端熔接；4 合1光纖合束器109的另一端與第一反射光柵104熔接；第一反射光柵104的另一端與鉺鐿共摻雜光纖105連接；鉺鐿共摻雜光纖105的另一端與第二反射光柵106連接；第一反射光柵104和第二反射光柵106通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿摻雜光纖上；第二反射光柵 106與隔離器201熔接；隔離器201的另一端與第三反射光柵202熔接；第三反射光柵202 的另一端與銩鈥共摻雜光纖203連接；銩鈥共摻雜光纖203的另一端與法布里-波羅F-P 標準具204連接；第三反射光柵201和法布里-波羅(F-P)標準具204通過相位掩膜法直接寫在銩鈥摻雜光纖上；最后得到2000nm激光輸出。本發明提出的光纖激光器屬于全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，首先其具有光纖激光器共同的優點，然后其實現了真正意義上的2 μ m波段全光纖單模激光器，泵浦源為鉺鐿共摻光纖激光器且帶有單模尾纖輸出，其可以高效地將光功率耦合進入單模銩鈥共摻光纖。激光器采用反射光柵和F-P標準具進行波長選擇，利用F-P標準具可以增加縱模間距的特點，可以實現窄線寬激光輸出，光束輸出質量高。又由于目前高濃度鉺鐿共摻雜光纖和高濃度銩鈥共摻雜光纖制造技術已成熟，故此全光纖型光纖激光器還具有光光轉換效率高和高功率輸出等優點。


圖1銩鈥共摻光纖激光器能級躍遷圖；圖2全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器結構示意圖；圖3泵浦系統1具有4個泵浦源的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器結構示意圖；圖中泵浦系統1，第一泵浦源101，第二泵浦源102，2合1光纖合束器103，第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖105，第二反射光柵106，第三泵浦源107，第四泵浦源108， 4合1光纖合束器109，隔離器201，第三反射光柵202，銩鈥共摻雜光纖203，法布里-波羅 (F-P)標準具204。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。如圖2所示，本發明的結構包括第一泵浦源101，第二泵浦源102，2合1光纖合束器103，第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖105，第二反射光柵106，隔離器201，第三反射光柵202，銩鈥共摻雜光纖203，法布里-波羅(F-P)標準具204 ；第一泵浦源101，第二泵浦源102，2合1光纖合束器103，第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖105，第二反射光柵106共同構成泵浦系統1。其中，2合1光纖合束器103是個獨立的器件，它一端有2根光纖分別可與2個泵浦源的尾纖鏈接；另一端為1根單模光纖，可與單模光纖熔接。第一泵浦源101，第二泵浦源102均為980nm半導體激光器(LD) ；2合1光纖合束器103可將第一泵浦源101，第二泵浦源102的激光耦合進入單模光纖；第一反射光柵104，鉺鐿共摻雜光纖105，第二反射光柵 106共同構成泵浦系統1的激光諧振腔且第一反射光柵104和第二反射光柵106具有相同的反射波長但具有不同的反射率，其反射波長和反射率可以根據實際需要確定；第一反射光柵104和第二反射光柵106通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿共摻雜光纖上；鉺鐿共摻光纖的長度可以根據實際需要確定；隔離器201防止激光逆向傳播；第三反射光柵202，銩鈥共摻雜光纖203，法布里-波羅(F-P)標準具204構成全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器的光學諧振腔；其中，第三反射光柵202和法布里-波羅(F-P)標準具204具有相同的反射波長但具有不同的反射率，其反射波長和反射率可以根據實際需要確定；第三反射光柵202和法布里-波羅(F-P)標準具204通過相位掩膜法直接寫在銩鈥共摻雜光纖上；銩鈥共摻光纖的長度可以根據實際需要確定；實施例1 1、如圖1所示為1550nm鉺鐿共摻光纖激光器泵浦的全光纖型銩鈥共摻光纖激光器的能級躍遷圖。其原理為處于基態3H6能級的銩離子吸收1550nm波長泵浦激光能量發生3H6 — 3F4能級躍遷，使得大量銩離子在％能級積累。處于％能級的銩離子將能量轉移給相鄰的處于基態5I8能級的鈥離子，使其躍遷到激發態5I7能級并大量堆積。處于5I7能級的鈥離子不穩定，通過自發輻射返回到基態，此時提供合適的諧振腔，對自發輻射產生的波長進行選擇，進入鈥離子受激輻射產生2 μ m激光過程。
在本實施例子中，第一泵浦源101和第二泵浦源102通過2合1光纖合束器與單模光纖相連接，兩個泵浦源波長均為980nm，功率根據實際需要而定。然后單模光纖與寫有反射性光纖布拉格光柵對第一反射光柵104和第二反射光柵106的鉺鐿共摻雜光纖熔接，第一反射光柵104與第二反射光柵106反射波長為1550nm(根據實際需要而定，一般為 1500-1700nm之間)，第一反射光柵104與第二反射光柵106反射率分別為99%和80% ( — 般第一反射光柵104反射率越大越好，而第二反射光柵106反射率根據實際需要而定)，第一反射光柵104和第二反射光柵106通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿共摻雜光纖上。鉺鐿共摻雜光纖摻雜濃度較高，具有較高的泵浦吸收效率和激光發射效率，長度為an (可以根據實際需要確定)。第三反射光柵202與法布里-波羅(F-P)標準具204具有相同的諧振反射波長，反射波長為2000nm(根據實際需要而定，一般為1800-2100nm之間)，第三反射光柵202反射率為99% (第三反射光柵202反射率越大越好)，法布里-波羅(F-P)標準具 204由相距lcm-2cm左右的兩個相同的布拉格光柵構成，整體反射率為80% (可以根據實際需要確定)，第三反射光柵202和法布里-波羅(F-P)標準具204通過相位掩膜法直接寫在銩鈥共摻光纖上。銩鈥共摻雜光纖摻雜濃度較高，具有較高的泵浦吸收效率和激光發射效率，長度為2m(可以根據實際需要確定)。激光器開始工作后，鉺鐿共摻雜光纖吸收兩個泵浦源的功率通過受激輻射發射出1500nm激光，而后1500nm激光進入銩鈥共摻光纖中被吸收，經過諧振腔的波長選擇作用通過受激輻射，發射出2000nm激光。實施例2 圖3為泵浦系統1具有4個泵浦源的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器結構示意圖，在此激光器中，有四個980nm的LD激光器為泵浦系統1提供泵浦源，分別為第一泵浦源 101、第二泵浦源102、第三泵浦源107和第四泵浦源108，4合1光纖合束器109是個獨立的器件，它一端有4根光纖分別可與四個泵浦源的尾纖鏈接；另一端為一根單模光纖，可以單模光纖熔接。4合1光纖合束器109可將四個泵浦源的功率耦合進入一根單模光纖，于是就有更高的泵浦功率來抽運鉺鐿共摻雜光纖，從而輸出更高的激光功率來抽運銩鈥共摻雜光纖， 得到更高的2000nm激光輸出。其余各器件工作原理同實施例1。實時例3 同實施例2，如果鉺鐿共摻雜光纖和銩鈥共摻雜光纖的摻雜濃度足夠高(在不能發生離子濃度猝滅的情況下)，則可用更多的LD激光器為泵浦系統1提供泵浦源，同時使用多合一光纖合束器將功率耦合進入單模光纖，從而得到更高的2000nm激光輸出。其余各器件工作原理同實施例1。以上對本發明所提供的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器進行詳細介紹，本文中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的結構，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于2合1光纖合束器(103)的一端有2根光纖分別與第一泵浦源(101)和第二泵浦源(102)的尾纖熔接；2合1光纖合束器 (103)的另一端與第一反射光柵(104)熔接；第一反射光柵(104)的另一端與鉺鐿共摻雜光纖(10 連接；鉺鐿共摻雜光纖(10 的另一端與第二反射光柵(106)連接；第二反射光柵(106)與隔離器(201)熔接；隔離器O01)的另一端與第三反射光柵(202)熔接；第三反射光柵O02)的另一端與銩鈥共摻雜光纖(203)連接；銩鈥共摻雜光纖Q03)的另一端與法布里-波羅(F-P)標準具(204)連接。
2.根據權利要求1所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于第一泵浦源(101)，第二泵浦源(102)，2合1光纖合束器(103)，第一反射光柵(104)，鉺鐿共摻雜光纖 (105)，第二反射光柵(106)共同構成泵浦系統(1)；其中，第一泵浦源(101)，第二泵浦源(102)均為980nm半導體激光器(LD)；2合1光纖合束器(103)可將第一泵浦源(101)和第二泵浦源(10 的激光耦合進入單模光纖；第一反射光柵(104)，鉺鐿共摻雜光纖(105)， 第二反射光柵(106)共同構成泵浦系統1的激光諧振腔且第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)具有相同的反射波長但具有不同的反射率，其反射波長和反射率可以根據實際需要確定；第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿共摻雜光纖上；鉺鐿共摻雜光纖長度可以根據實際需要確定。
3.根據權利要求1所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于第三反射光柵002)，銩鈥共摻雜光纖003)，法布里-波羅(F-P)標準具(204)構成全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器的光學諧振腔；其中，第三反射光柵(20 和法布里-波羅(F-P)標準具 204具有相同的反射波長但具有不同的反射率，其反射波長和反射率可以根據實際需要確定；第三反射光柵(20 和法布里-波羅(F-P)標準具(204)通過相位掩膜法直接寫在銩鈥共摻雜光纖上；銩鈥共摻雜光纖長度可以根據實際需要確定。
4.根據權利要求1、2或3所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于，2合 1光纖合束器(103)的一端頭端與寫有反射性光纖布拉格光柵對第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)的鉺鐿共摻雜光纖熔接，第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)反射波長為1500-1700nm之間，第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)的反射率分別為 99%和80%，第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿共摻雜光纖上。
5.根據權利要求4所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于，第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)反射波長為1550nm，第二反射光柵(106)反射率根據實際需要而定。
6.根據權利要求5所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于，鉺鐿共摻雜光纖摻雜濃度較高，具有較高的泵浦吸收效率和激光發射效率，長度為an。
7.根據權利要求1、2或3所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于，光纖布拉格反射光柵(202)與法布里-波羅(F-P)標準具(204)具有相同的諧振反射波長，反射波長1800-2100nm之間，光纖布拉格反射光柵(20 反射率為99%，法布里-波羅(F-P) 標準具(204)由相距lcm-2cm左右的兩個相同的布拉格光柵構成，整體反射率為80%，光纖布拉格反射光柵(20 與法布里-波羅(F-P)標準具(204)通過相位掩膜法直接寫在銩鈥共摻光纖上；銩鈥共摻雜光纖摻雜濃度較高，具有較高的泵浦吸收效率和激光發射效率，長度為2mο
8.根據權利要求7所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于，光纖布拉格反射光柵(202)與法布里-波羅(F-P)標準具(204)具有相同的諧振反射波長，反射波長為 2000nm。
9.根據權利要求1-8所述的全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于，激光器開始工作后，鉺鐿共摻雜光纖吸收兩個泵浦源的功率通過受激輻射發射出1500nm激光，而后1500nm激光進入銩鈥共摻光纖中被吸收，經過諧振腔的波長選擇作用通過受激輻射發射出2000nm激光。
10.全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，其特征在于有第一泵浦源(101)、第二泵浦源 (102)、第三泵浦源(107)和第四泵浦源(108)的尾纖分別與4合1光纖合束器(109)的四端頭端熔接；4合1光纖合束器(109)的另一端與第一反射光柵(104)熔接；第一反射光柵 (104)的另一端與鉺鐿共摻雜光纖(10 連接；鉺鐿共摻雜光纖(10 的另一端與第二反射光柵(106)連接；第一反射光柵(104)和第二反射光柵(106)通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿摻雜光纖上；第二反射光柵(106)與隔離器(201)熔接；隔離器(201)的另一端與第三反射光柵(20 熔接；第三反射光柵(20 的另一端與銩鈥共摻雜光纖(20 連接；銩鈥共摻雜光纖O03)的另一端與法布里-波羅(F-P)標準具(204)連接；第三反射光柵(201) 和法布里-波羅(F-P)標準具(204)通過相位掩膜法直接寫在銩鈥摻雜光纖上；最后得到 2000nm激光輸出。
全文摘要
一種全光纖型銩鈥共摻單模光纖激光器，第一泵浦源和第二泵浦源的尾纖分別與2合1光纖合束器的兩端頭端熔接；2合1光纖合束器的另一端與第一反射光柵熔接；第一反射光柵的另一端與鉺鐿共摻雜光纖連接；鉺鐿共摻雜光纖的另一端與第二反射光柵連接；第一反射光柵和第二反射光柵通過相位掩膜法直接寫在鉺鐿共摻雜光纖上；第二反射光柵與隔離器一端熔接；隔離器的另一端與第三反射光柵熔接；第三反射光柵的另一端與銩鈥共摻雜光纖連接；銩鈥共摻雜光纖的另一端與法布里-波羅(F-P)標準具連接；第三反射光柵和F-P標準具通過相位掩膜法直接寫在銩鈥摻雜光纖上；實現窄線寬激光輸出，光束質量高，還具有光光轉換效率高和高功率輸出等優點。
文檔編號H01S3/094GK102361212SQ201110331520
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者馮亭, 延鳳平, 彭萬敬, 李琦, 溫曉東, 譚思宇, 陶沛琳 申請人:北京交通大學