[发明专利]中远红外超连续谱光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光光电子技术领域，尤其涉及一种中远红外超连续谱光纤激光器。

背景技术

通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:微波波段（300~1GHz/0.8~2.5cm），中远红外波段（8~14μm），中红外波段（3.5~5.5μm），近紫外、可见光和近红外波段（0.3~1.3μm,1.5~1.8μm）。

目前利用固体激光器、半导体激光器、气体激光器等类型可以很容易实现于可见光和近红外波段（0.3~1.3μm,1.5~1.8μm）的激光输出，可以应用于国防、工业、医疗等众多领域。位于大气窗口波长3-5μm的中红外波段和8-14μm的远红外的大气窗口波长的激光可用于红外追踪、干扰、搜索靶标导航以及光学遥感探测，对国家安全具有至关重要的意义。由于窄带隙半导体材料的匮乏等原因，目前在中红外波长高效率发射光源和激光器严重短缺。目前利用光学参量振荡法，差频振荡，量子级联激光器以及气体激光器能够实现小功率的3~5μm激光输出，而目前实现中远红外波段（8~14μm）大气窗口激光的方法鲜有报导，较为成熟且能广泛应用的只有单一波长（10.6μm）的CO₂气体激光器。众所周知，气体激光器的缺点是电光转换效率低，体积庞大，使用不方便，且CO₂气体激光器需要使用高压电激励，从而限制了其应用。

因此，当下需要迫切解决的一个问题就是：如何能够提出一种有效的产生中远红外波段（8~14μm）的激光源，避免使用气体激光器，实现中远红外波段（8~14μm）激光输出。

发明内容

本发明提供一种中远红外超连续谱光纤激光器，用以解决目前中远红外激光光源短缺的问题，实现中远红外超连续谱激光输出。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种中远红外超连续谱光纤激光器，包括脉冲光纤激光器、石英光子晶体光纤、无源中红外硫系玻璃光纤、无源中远红外硫系玻璃光纤、滤波器、激励源和掺杂稀土离子的硫系玻璃光纤，所述激励源用于激励掺杂稀土离子的硫系玻璃光纤，其中，脉冲光纤激光器发出的脉冲激光，通过石英光子晶体光纤产生波长范围为1000~2300nm的超连续谱激光，所述超连续谱激光激励无源中红外硫系玻璃光纤，产生波长为2000~5500nm的中红外超连续谱激光，经过滤波器将波长小于4500nm的超连续谱激光过滤掉，剩余波长为4500~5500nm的超连续谱激光，所述中红外超连续谱激光作为种子源激光，经过激励源激励掺杂稀土离子的硫系玻璃光纤放大，波长为4500~5500nm内的某一中红外激光功率得到放大，放大后的中红外激光激励一段无源中远红外硫系玻璃光纤，产生波长为5~14μm的中远红外超连续谱激光。

进一步地，所述的中远红外超连续谱光纤激光器，还包括放大级，脉冲光纤激光器发出的脉冲激光进入放大级后再通过石英光子晶体光纤产生波长范围为1000~2300nm的超连续谱激光。

进一步地，所述脉冲光纤激光器根据输出的超连续谱的波长和功率的要求，选择不同腔型结构的脉冲光纤激光器，其腔型结构包括F-P腔、环形腔以及8字锁模环形腔。

进一步地，所述放大级根据需要输出的超连续谱的波长和功率，选择一级或多级放大结构，所采用的增益光纤包括掺铒的双包层光纤、铒镱共掺双包层光纤和掺镱的双包层光纤。

进一步地，所述放大级根据自身所采用的增益光纤的材料确定自身所采用的半导体激光器激励源的波长。

进一步地，所述石英光子晶体光纤和无源中红外硫系玻璃光纤的连接方式为直接机械对接、直接熔接或者透镜聚焦空间耦合方式。

进一步地，当所述无源中红外硫系玻璃光纤的材料色散的零色散波长接近2300nm时，考虑节约成本，所述无源中红外硫系玻璃光纤优选采用普通单包层光纤结构，当所述无源中红外硫系玻璃光纤的材料色散的零色散波长远大于或远小于2300nm时，为获得平坦度较好的波长为2000~5500nm中红外超连续谱激光，所述无源中红外硫系玻璃光纤优选采用设置有锥区长度和锥区芯径的锥形结构或者为带有空气孔的光子晶体光纤结构。

进一步地，所述的中远红外超连续谱光纤激光器，还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜将超连续谱激光进行聚焦耦合到硫系玻璃光纤产生波长为2000~5500nm的中红外超连续谱激光输出，所述聚焦透镜镀对1000~2300nm波长激光的增透膜。