[实用新型]空芯光子晶体光纤与密封腔组合式1.9μm波长转换器

说明书

技术领域

本实用新型属于光电子技术领域，具体涉及一种空芯光子晶体光纤与密封腔组合式1.9μm波长转换器。

背景技术

波长为1.9μm的脉冲激光光源在激光医疗、激光测距、光电对抗、红外雷达、红外遥感以及红外传感等领域有广泛的应用。在医疗上，激光碎石利用细胞中的水分对1.9μm激光的强烈吸收使得水分汽化，将能量传递至结石，进而将结石粉碎成粉末。1.9μm的激光对人体组织的穿透深度很浅，碎石过程对周围组织损伤很小，可以达到无创或微创效果。相比其他的碎石方法，激光碎石的安全性极高。高功率的1.9μm激光以其汽化切割速度快、止血效果好、穿透性小的特点，对治疗前列腺增生等疾病有着独特的优势。在军事上，1.9μm的激光对空气和烟雾有很强的穿透力，可用于激光雷达和激光测距等领域。

目前，获得1.9μm的脉冲激光光源有许多途径，如钬、铒激光器、临界相位匹配的KTP光参量振荡器、半导体抽运的掺铒光纤激光器、LiNbO₃晶体差频以及高压氢气对1064nm波长进行拉曼频移等。而实现1.9μm激光输出最简单最实用的方法是采用受激拉曼散射(SRS)实现拉曼频移。

SRS是一种典型的非线性光学效应。对于气体介质，SRS阈值功率一般在mW量级以上，利用传统方法实现气体的SRS十分困难。基于SRS效应的波长转换器，传统的方法是使用高压气体拉曼池(raman cell)进行，系统体积比较大，所需的泵浦能量较高，光波与气体的作用距离短，能量转换效率不高，一般只有20％-30％。空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的发明，使光与低密度气体介质的非线性效应的实现和利用变得简单和高效。HC-PCF具有独特的中空结构，纤芯大孔内可以填充气体介质。光波被限制在该大孔纤芯中，以基模低损耗传输，其优良的基模特性使得光与填充介质的作用面积非常小。而且HC-PCF低损耗传输特性保证了较长的有效相互作用距离，从而进一步增强非线性效应，能够将光与气体介质的相互作用强度增强几个数量级。

中国发明专利申请“基于空芯光子晶体光纤的光纤型可调谐气体拉曼激光光源(申请号：200910144236.1；公开号：CN 101764350 A)”提供了一种可调谐的气体拉曼激光光源，内充高压氢气的空芯光子晶体的两端均连接单模光纤。由于其光纤两端熔接后，HC-PCF内部压强不可改变，转换效率受到限制。此发明对光纤熔接技术要求较高，故其制作成本也较高。

《Relation of pump-beam quality and conversion efficiency in the Raman downward conversion》中报导了拉曼池内压强的变化对拉曼能量转换效率的影响。随着腔内压强增加，一阶斯托克斯光的能量转换效率明显升高。本实用新型采用空芯光子晶体光纤与压强可调的密封腔组合的方案，利用HC-PCF优良的非线性效应和模式传输特性，通过带减压阀的氢气钢瓶调节密封腔内部压强，气体循环泵及时带走拉曼频移过程的热量，大大降低了泵浦阈值功率，提高了能量转换效率，1064nm的脉冲激光到1.9μm的的脉冲激光的转换效率可达35％-45％。

实用新型内容

本实用新型针对现有的拉曼转换获得1.9μm激光光源的转换效率不高的缺点，提出了一种将空芯光子晶体光纤与压强可调的密封腔结合形成空芯光子晶体光纤与密封腔组合式1.9μm波长转换器。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案是：

空芯光子晶体光纤与密封腔组合式1.9μm波长转换器包括：激光器、偏振控制器、氢气钢瓶、密封腔、空芯光子晶体光纤、光纤准直器、透镜、排气口、进气口、气体循环泵、平面反射镜、光分束器。

首先，氢气钢瓶向密封腔注入氢气并控制其内部压强，激光器发出的泵浦光经过偏振控制器调整其偏振态，然后通过光纤准直器进入HC-PCF内部，氢气在气体循环泵的作用下流动起来，并与入射光充分接触产生受激拉曼散射，产生的转换波长经过透镜聚焦准直输出，在平面反射镜的光路调节下，最后经过光分束器分光得到1.9μm激光。

进一步的，所述的氢气钢瓶安装有减压阀，一方面，氢气钢瓶给密封腔内充入氢气，提供受激拉曼介质；另一方面，通过减压阀的控制，调整密封腔内氢气的压强。

进一步的，所述激光器为1064nm Nd:YAG纳秒脉冲激光器，且自带衰减器，可以快速改变入射光功率。

进一步的，所述偏振控制器可以方便快捷的调整入射光的偏振态，用以获得更高的拉曼增益，同时也可以用来测量偏振态对波长转换效率的影响。