[发明专利]2-5μm波段级联软玻璃光纤中红外宽光谱激光器

说明书

本发明提供一种2‑5μm波段级联软玻璃光纤中红外宽光谱激光器，采用被动锁模的方式获得2μm波段种子激光，再经过多级放大器来放大激光功率，利用光纤脉冲展宽器进行脉冲展宽，通过管理每一级放大的非线性效应和增益光纤的热效应，可提升光转换效率，所获得的2μm波段泵浦光源进一步泵浦级联的软玻璃光纤，并通过制冷的氮气进行熔点及软玻璃光纤散热处理，有效缓解了熔点处的热积累并可获得数十瓦的平均功率输出。本发明立足于全光纤结构，使得光纤激光器具有结构紧凑、集成度高、稳定性好、转换效率高等优点，对工作环境中的振动等干扰因素不敏感，大大提高了激光器运行的稳定性和可靠性，适于工业化量产，更有利于大型激光系统的建造。

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种2-5μm波段级联软玻璃光纤中 红外宽光谱激光器。

背景技术

中红外超短脉冲光纤激光器具有光转换效率高、光束质量好、结构简单 紧凑等优点，被誉为新一代高性能工业激光器、医疗激光器和军用激光器。 尤其是2-5μm中红外波段是高透过率大气窗口，也是光电对抗中各类探测器 常见的响应谱段，在国家国防安全领域有着重大战略需求。为了产生中红外 SC，通常采用2μm波段光源泵浦非线性光纤来获得，在中红外区域具有低传 输损耗的光纤，例如由碲酸盐、硫化物和氟化物组成的软玻璃光纤。在所有 软玻璃光纤中，氟化物玻璃光纤在技术上更为成熟并且它们已经商业化。

2011年，美国密歇根大学采用25m单模光纤将EYDFA的输出波长由 1.55μm转移至2μm，进而采用一级掺铥光纤放大器对其进行功率放大，然后 泵浦～8.5m ZBLAN光纤，最终将超连续谱的输出功率提升至2.6W，光谱范 围覆盖1.9μm-4.5μm。2012年，法德研究所采用主动调Q锁模输出的2μm掺 铥激光脉冲泵浦15m、纤芯包层直径为8/125μm的单模ZBLAN光纤，实现 了1.08W、光谱范围1.9μm-3.6μm的光谱输出。2013年，南安普顿大学光电 子学研究中心采用3.5μJ、33ps、2008nm掺铥光纤放大器泵浦7m ZBLAN 光纤，也实现了750nm-4000nm瓦级超连续谱输出。同年，国防科技大学将 SESAM锁模26ps掺铥光纤激光器进行三级功率放大，泵浦10m、纤芯包层 直径为8/130μm,NA＝0.27的ZBLAN光纤，最终实现了7.11W、光谱范围 1.9μm-3.9μm的超连续谱输出，2.5μm功率约为3.52W^[34]。2014年，又将功率提升至13W，光谱范围为～1.9μm-4.3μm。2016年，深圳大学的Z.Zheng和 S.Ruan等利用石英光纤和ZBLAN光纤的熔接技术，将高功率1.95μm的MOPA系统和ZBLAN光纤集成在一起，实现了波长覆盖1.9-4.1μm的全光纤 中红外超连续谱激光光源，最大输出功率10.6W。但是目前中红外超短脉冲 光纤激光器的平均功率、光谱宽度、光谱平坦性等还会受到非线性软玻璃光 纤传输损耗、熔接效率等的限制。同时由于中红外软玻璃光纤与普通石英玻 璃光纤的玻璃软化温度相差较大(例如ZBLAN光纤与石英光纤的玻璃软化温 度相差近1000℃)，导致二者熔接损耗很大，对实现高功率全光纤中红外波段 宽光谱激光输出带来挑战。因此，进一步研究中红外波段宽光谱的产生与应 用、提高其性能仍然具有重要的意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种2-5μm波段级联软玻璃光纤中红外宽 光谱激光器，能够获得高功率、宽光谱的激光脉冲输出，具有结构紧凑、集 成度高、稳定性好、转换效率高等优点。

2-5μm波段级联软玻璃光纤中红外宽光谱激光器，包括依次连接的锁模光 纤激光器(1)、预放大器(2)、光纤展宽器(3)、放大器(4)、第一软玻璃 光纤(5)、第2软玻璃光纤(6)和氮气制冷装置(7)；

所述锁模光纤激光器(1)用于产生2微米波段的锁模脉冲激光；

所述预放大器(2)用于将所述锁模脉冲激光的功率进行第一次预放大；

所述光纤展宽器(3)用于将第一次预放大后的锁模脉冲激光进行脉冲展 宽；