[发明专利]一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器

说明书

一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器，属于光学与激光光电子技术领域。包括依次设置的光路依次连接光纤激光光源(1)、第一半波片(2)、薄膜偏振片(3)、第二半波片(4)、第一聚焦透镜(5)、多周期PPLN晶体(6)、第一准直透镜(7)、红外滤光片(8)、第一反射镜(9)、第二反射镜(10)、第二聚焦透镜(11)、空芯光纤(12)、第二准直透镜(13)。既能够实现宽调谐范围中红外激光的产生，通过系统集成的方式与空芯光纤相结合，将激光耦合进入空芯光纤的纤芯，利用空芯光纤低延迟、低色散、宽导光通带、高损伤阈值的独特优势对产生的宽调谐中红外激光进行低损耗柔性传输。

技术领域

本发明属于光学与激光光电子技术领域，具体涉及一种基于空芯光纤柔性传输的宽调谐中红外激光器。

背景技术

中红外激光在2-5μm被称为“分子指纹区”，其中包含了许多气体分子的吸收峰，在军事对抗、环境监测、雷达、生物医疗以及光谱研究等领域具有重要应用价值。目前中红外激光的产生方式主要包括量子级联激光器及带间级联激光器、铅盐半导体激光器及锑化镓激光器、气体激光器、化学激光器、光参量振荡器、自由电子激光器、固体激光器、光纤激光器等。高峰值功率、宽调谐范围的中红外超短脉冲的产生方案已是国内外激光技术领域的研究热点。对于波长可调谐的中红外激光的产生，主要方式是通过高峰值功率的超短脉冲光源泵浦高非线性光纤产生中红外超连续谱。另外，利用非线性频率变换技术搭建光参量产生器(OPG)、光参量放大器(OPA)、光参量振荡器(OPO)、非线性差频(DFG)也可以产生宽调谐、高效率的中红外激光。就目前来说，通过高峰值功率的超短脉冲光源泵浦高非线性光纤产生中红外超连续谱的方式所使用的高非线性光纤存在一定的问题，例如光纤容易潮解损坏，输出功率较低，难以稳定长时间运行，并且结构相对比较复杂，成本较高。相比之下，通过非线性频率变换技术可以实现结构简单、系统稳定的宽调谐中红外激光。特别是OPG方案，只需要制备一个近红外波段的脉冲泵浦一块多周期PPLN晶体，通过一种自发光参量下转换过程就可以实现宽调谐中红外激光的产生，并且无需复杂的腔镜和光路的设计，系统结构更加简单。

随着激光技术的飞速发展，光纤作为激光传输的载体，使得激光技术取得了更加广泛的应用。1966年，华裔物理学家高锟先生在他的论文《光频率介质纤维表面波导》中首次明确提出了光导纤维可作为信息通信的媒介，可使石英光纤的损耗大大下降，并有可能拉制出损耗低于20dB/km的光纤，这一预言在1970年由美国康宁公司得以证实，从而广泛用于通信之中。基于石英光纤具有传输损耗小、化学稳定性好、机械强度高、弯曲性能好等优势在可见光、近红外波段取得了巨大成功，目前广泛应用于通信、激光传输、探测、光谱分析、传感等领域当中。但是在中红外波段，由于石英材料的吸收系数呈指数增加，光纤损耗急剧增加，使其很难在中红外波段进行激光传输。由于缺乏能够低损耗、高效率、稳定传输中红外激光的光纤，在很多的应用中，只能通过自由空间光路对中红外激光进行传输探测，这意味着整个系统的结构十分复杂且稳定性较差，难以满足军事光电对抗对光电器件轻便、方便携带、可集成等需求，以及生物医疗领域稳定灵活、可柔性传输的需求。因此大大影响了中红外波段的应用范围。

为了应对中红外波段激光传输的需求，软玻璃光纤应运而生，虽然在中红外波段具有较低的材料吸收和传输损耗，但是,这类光纤的非线性系数大、损伤阈值低、制备难度大,并且机械稳定性和化学稳定性差以及抗弯曲能力差等缺点都使其无法满足军事应用的标准。