[发明专利]硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器

说明书

本发明提出了一种硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤光栅、硼磷共掺光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；硼磷共掺光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。其中硼磷共掺光纤的纤芯掺杂B₂O₃和P₂O₅。本发明可大幅降低热负载，提高能量转换效率，从而进一步提升拉曼光纤激光器的亮度和输出功率。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体地涉及一种硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器。

背景技术

光纤激光器因其结构简单紧凑、工作稳定可靠、光束质量好、效率高等优点而具有极高的研究意义和应用价值，在国防工业、医疗安全和光纤通信等领域具有重要应用。基于光纤中受激拉曼散射的拉曼光纤激光器，具有波长灵活、增益谱宽等优势，可同时实现高功率与宽波段输出，自发明以来逐渐成为光纤激光技术领域的研究热点。

常规的拉曼光纤激光器采用无掺杂的硅基光纤或者掺锗硅基光纤作为增益介质，泵浦光在无源光纤中传输时发生受激拉曼散射效应，主要利用拉曼增益谱中频移在13.2THz处的拉曼增益峰提供增益，量子亏损在5％左右，这会导致激光器的功率转换效率降低，产生热透镜、热致模式不稳定等效应，制约着拉曼光纤激光器的功率提升。为了解决这个问题，人们把目光转向掺杂特殊元素的光纤，如掺磷光纤。磷元素的拉曼增益特性可使光纤激光器的量子亏损大大降低，但其面临着增益竞争等较为严重的难题，限制了掺磷光纤激光器的性能提升。而硼元素可以在较低频移的玻色峰处提供更高的增益，相比磷元素来说是个更好的选择。但由于硼元素自身的特性，当其掺杂在光纤纤芯中会形成负折射率，无法满足光纤内部纤芯与包层间的全反射条件，不能形成稳定的光波导结构，加上掺硼光纤的制作工艺较为复杂，种种原因制约着掺硼光纤在光纤激光器等领域的应用与发展。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种硼磷共掺光纤以及基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，其能够大幅降低热负载，提高能量转换效率，从而进一步提升拉曼光纤激光器输出功率。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

本发明提供一种硼磷共掺光纤，其纤芯掺杂B₂O₃和P₂O₅。目前尚未有纤芯同时掺杂硼和磷的光纤的报道。本发明纤芯掺杂B₂O₃和P₂O₅，磷元素可提高纤芯折射率，使光纤内部满足纤芯与包层之间全反射条件，形成稳定的光波导结构；同时利用硼元素拉曼增益谱中频移较小的拉曼增益峰提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，大幅降低热负载，提高激光器的能量转换效率，实现拉曼光纤激光器的输出功率提升。

本发明提供一种基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，该拉曼光纤激光器中的拉曼光纤为硼磷共掺光纤，所述硼磷共掺光纤的纤芯掺杂B₂O₃和P₂O₅。拉曼光纤为硼磷共掺光纤，其中磷元素可提高纤芯折射率，使光纤内部满足纤芯与包层之间全反射条件，形成稳定的光波导结构；同时利用硼元素拉曼增益谱中频移较小的拉曼增益峰提供增益，输出波长与泵浦激光波长相近的拉曼激光，大幅降低热负载，提高激光器的能量转换效率，实现拉曼光纤激光器的输出功率提升。

具体地提供的基于硼磷共掺光纤的拉曼光纤激光器，包括泵浦源、第一光纤光栅、硼磷共掺光纤、第二光纤光栅和端帽，泵浦源的输出端与第一光纤光栅的输入端相熔接；第一光纤光栅的输出端与硼磷共掺光纤的一端相熔接；硼磷共掺光纤的另一端与第二光纤光栅的输入端相熔接；所述第二光纤光栅的输出端与端帽相熔接，并通过端帽输出拉曼激光。