纖芯-包層共抽運(yùn)的2μm波段低閾值摻銩光纖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種纖芯-包層共抽運(yùn)的2μπι波段低閾值摻銩光纖激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以摻銩光纖作為增益介質(zhì)的2μπι波段光纖激光器在激光雷達(dá)、遠(yuǎn)程探測(cè)、生物醫(yī)學(xué)以及作為Ho = YAG(摻鈥釔鋁石榴石)固體激光器和光學(xué)參量振蕩器的抽運(yùn)源實(shí)現(xiàn)中紅外波段激光輸出等方面有重要應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)用前景廣泛。而且，所用器件目前均有商品化的光纖器件，系統(tǒng)易于全光纖化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高。
[0003]銩離子(Tm3+)有多個(gè)吸收峰，因此摻銩光纖激光器在抽運(yùn)波長(zhǎng)方面有多個(gè)可選方案，通常的抽運(yùn)波長(zhǎng)分別位于790nm波段，1.06μπι波段和1.5μπι波段，且尤以790nm波段抽運(yùn)和1.5μπι波段抽運(yùn)最為常見?，F(xiàn)有的2μπι波段光纖激光器的抽運(yùn)方式為單一的抽運(yùn)方式，SP包層抽運(yùn)(通常對(duì)應(yīng)790nm波段多模抽運(yùn))或纖芯抽運(yùn)(通常對(duì)應(yīng)1.5μπι波段單模抽運(yùn))。包層抽運(yùn)方案通常借助于大功率的790nm多模激光二極管，可獲得高的輸出功率，同時(shí)借助高摻雜光纖中銩離子的交叉弛豫效應(yīng)獲得高的光-光轉(zhuǎn)換效率(參見JACKSON S DjSABELLA A,LANCASTER D G.Applicat1n and Development of High-Power and Highly EfficientSilica-Based Fiber Lasers Operating at 2μηι[J].Selected Topics in QuantumElectronics, IEEE Journal, 2007,13(3): 567-72.(Jackson等，2μηι高功率高效率石英基光纖激光器的應(yīng)用與發(fā)展，量子電子學(xué)主題選，IEEE期刊，2007年，第13卷，第3號(hào)))，但包層抽運(yùn)決定了摻雜光纖對(duì)抽運(yùn)光的吸收效率較低(通常在3?4dB/m)。尤其是當(dāng)目標(biāo)波長(zhǎng)較短(在1.9μπι以下)時(shí)，除目標(biāo)波長(zhǎng)偏離銩離子增益譜中心導(dǎo)致增益系數(shù)較小之外，摻雜光纖對(duì)目標(biāo)波長(zhǎng)的再吸收損耗嚴(yán)重(參見AGGER S D,P0VLSEN J H.Emiss1n and absorpt1ncross sect1n of thulium doped silica fibers[J].0pt Express,2006,14(I):50-7.(Agger S D1Povlsen J H，摻銩石英光纖的發(fā)射截面和吸收截面，光學(xué)快訊，2006年，第14卷，第I號(hào)))，上述因素共同導(dǎo)致了包層抽運(yùn)激光器的激光閾值高:2008年Bennets等報(bào)道了最大輸出功率為110W的790nm包層抽運(yùn)的1908nm摻銩光纖激光器，其激光閾值約為10W(參見BENNETTS SjHEMMING A,DAVIDSON A，et al.1lOff 790nm pumped 1908nm thuliumfibre laser;proceedings of the Opto-Electronics and Communicat1nsConference,2008 and the 2008 Australian Conference on Optical FibreTechnology OECC/ACOFT 2008 Joint conference of the,F 7-10 July 2008[C].(Bennetts S等，110瓦790納米抽運(yùn)的1908納米摻銩光纖激光器，2008年澳大利亞光纖激光器技術(shù)會(huì)議))；2014年胡震岳等報(bào)道了最大輸出功率為227W的790nm包層抽運(yùn)的1908nm摻銩光纖激光器，其激光閾值為12W(參見HU Z-Y,YAN P,XIAO Q-R,et al.227-ff outputal1-fiberized Tm-doped fiber laser at 1908nm[J].Chinese Physics B,2014,23
(10): 104206.(Hu Z-Y等，227W 1908nm全光纖摻銩光纖激光器，中國(guó)物理B，2014年，第10卷))。在激光閾值高的同時(shí)，增益粒子的自發(fā)輻射將得到放大，放大的自發(fā)輻射(ASE)將使輸出激光光譜劣化。在纖芯抽運(yùn)方案中，由于抽運(yùn)光在纖芯中傳輸，摻雜光纖對(duì)抽運(yùn)光的吸收效率高，激光閾值低。Yamamoto等報(bào)道的1.57μπι纖芯抽運(yùn)的1.9μπι摻銩光纖激光器，其激光閾值為95mW(參見YAMAMOTO T,MIYAJIMA YjKOMUKAI T.1.9μπι Tm-doped silica fibrelaser pumped at 1.57ym[J].Electronics letters,1994,30(3):220-1.(Yamamoto T等，
1.57μηι抽運(yùn)的1.9μηι摻鎊光纖激光器，電子學(xué)快報(bào)，1994年，第30卷，第3號(hào)))。但由于目前1.5μηι波段單模激光器輸出功率有限，單純的纖芯抽運(yùn)方案對(duì)于2μηι摻鎊光纖激光器的功率提升優(yōu)勢(shì)不明顯。上述Yamamoto等人報(bào)道的1.57μηι纖芯抽運(yùn)的1.9μηι摻鎊光纖激光器，其最高輸出功率僅為127mW，僅能滿足低功率條件的應(yīng)用，無(wú)法輸出高功率激光，實(shí)用性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于790nm包層抽運(yùn)的同類光纖激光器。因而，在保持790nm包層抽運(yùn)的2μπι摻銩光纖激光器高的輸出功率和光-光轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，降低790nm包層抽運(yùn)的2μπι摻銩光纖激光器的激光閾值有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是信號(hào)光波長(zhǎng)在2μπι波段尤其是小于1.9μπι的790nm包層抽運(yùn)的摻銩光纖激光器激光閾值高的問(wèn)題。本發(fā)明提出一種纖芯-包層共抽運(yùn)的2μπι波段低閾值摻銩光纖激光器，在保持了現(xiàn)有的790nm包層抽運(yùn)的摻銩光纖激光器輸出功率和光-光轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)的前提下，利用1.5μπι波段單模抽運(yùn)源纖芯抽運(yùn)的高吸收效率和低激光閾值等特點(diǎn)，降低790nm波段多模抽運(yùn)源包層抽運(yùn)的2μπι波段(尤其是小于1.9μπι的波段)光纖激光器的激光閾值，同時(shí)有效抑制放大的自發(fā)輻射(ASE)的產(chǎn)生，抑制輸出激光光譜的劣化。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種纖芯-包層共抽運(yùn)的2μπι波段低閾值摻銩光纖激光器，由抽運(yùn)源、增益介質(zhì)、諧振腔構(gòu)成。抽運(yùn)源接諧振腔，增益介質(zhì)位于諧振腔中。諧振腔為線形腔結(jié)構(gòu)或環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。
[0007]抽運(yùn)源的結(jié)構(gòu)因諧振腔的構(gòu)型不同而略有不同。當(dāng)諧振腔為線形腔結(jié)構(gòu)時(shí)，抽運(yùn)源由790nm波段多模抽運(yùn)源、1.5μπι波段單模抽運(yùn)源和抽運(yùn)-信號(hào)合束器組成。790nm波段多模抽運(yùn)源接抽運(yùn)-信號(hào)合束器的抽運(yùn)端；1.5μπι波段單模抽運(yùn)源接抽運(yùn)-信號(hào)合束器的信號(hào)端;抽運(yùn)-信號(hào)合束器的輸出端接諧振腔。790nm波段多模抽運(yùn)源為790nm波段多模激光二極管，輸出尾纖為多模光纖。1.5μπι波段單模抽運(yùn)源為1.5μπι波段單模光纖激光器或單模半導(dǎo)體激光器，輸出尾纖為單模光纖。抽運(yùn)-信號(hào)合束器的抽運(yùn)端的輸入尾纖為多模光纖，供790nm波段多模抽運(yùn)源包層抽運(yùn);抽運(yùn)-信號(hào)合束器的信號(hào)端的輸入尾纖為單模光纖，供單模的1.5μπι波段單模抽運(yùn)源纖芯抽運(yùn);抽運(yùn)-信號(hào)合束器的輸出尾纖為雙包層光纖，其纖芯中傳輸1.5μπι波段的單模抽運(yùn)光，包層中傳輸790nm波段的多模抽運(yùn)光。
[0008]當(dāng)諧振腔為環(huán)形腔結(jié)構(gòu)時(shí)，抽運(yùn)源由790nm波段多模抽運(yùn)源、1.5μπι波段單模抽運(yùn)源、抽運(yùn)-信號(hào)合束器和波分復(fù)用器組成。790nm波段多模抽運(yùn)源接抽運(yùn)-信號(hào)合束器的抽運(yùn)端；1.5μπι波段單模抽運(yùn)源接波分復(fù)用器的第一輸入端;波分復(fù)用器的第二輸入端接諧振腔;波分復(fù)用器的輸出端接抽運(yùn)-信號(hào)合束器的信號(hào)端;抽運(yùn)-信號(hào)合束器的輸出端接增益介質(zhì)。790nm波段多模抽運(yùn)源為790nm波段多模激光二極管，輸出尾纖為多模光纖。1.5μηι波段單模抽運(yùn)源為1.5μπι波段單模光纖激光器或單模半導(dǎo)體激光器，輸出尾纖為單模光纖。抽運(yùn)-信號(hào)合束器的抽運(yùn)端的輸入尾纖為多模光纖，供790nm波段多模抽運(yùn)源包層抽運(yùn);抽運(yùn)-信號(hào)合束器的信號(hào)端的輸入尾纖為單模光纖，傳輸1.5μπι波段的單模抽運(yùn)光以及2μπι波段的信號(hào)光;抽運(yùn)-信號(hào)合束器的輸出尾纖為雙包層光纖，其纖芯中傳輸1.5μπι波段的單模抽運(yùn)光以及2μηι波段的信號(hào)光，包層中傳輸7 90nm波段的多模抽運(yùn)光。波分復(fù)用器的第一輸入端的尾纖為單模光纖，供