一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器论文和设计

全文摘要

本发明公开了一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，属于激光技术和非线性光学领域。本激光振荡器采用线形腔结构，主要包括锁模元件可饱和吸收体、泵浦源、光纤合束器、用于产生2～5微米激光的增益光纤、色散补偿元件、偏振控制器、高Q值的微腔，所述高Q值的微腔为回音壁模式光学微腔，其品质因数Q值不低于106。本发明利用可饱和吸收晶体的可饱和吸收效应和高Q值微腔的拉曼散射效应，取代了传统千米量级长度的光纤来增加腔内非线性的方法，可以产生相干的锁模脉冲激光，并通过腔内振荡直接实现长波拉曼频移，获得高重复速率，高功率的2～5微米超快拉曼激光；本发明可应用于基础研究，国防，通信传感，生物医疗和材料加工等领域。

主设计要求

1.一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，采用线形腔结构，主要包括锁模元件可饱和吸收体（1）、透镜Ⅰ（2）、透镜Ⅱ（3）、泵浦源（5）、光纤合束器（6）、增益光纤（7）、色散补偿元件、偏振控制器（9）、高Q值的微腔，所述高Q值的微腔为回音壁模式光学微腔，其品质因数Q值不低于106；在光纤合束器（6）的信号输入端一侧切割一个角度α为8°～20°的斜角（4），斜角（4）的出射光垂直射向透镜中心，即斜角（4）有角度一端通过两个合适焦距的透镜聚焦到锁模元件可饱和吸收体（1）上，斜角（4）的平角端与光纤合束器（6）的信号输入端连接形成谐振，泵浦源（5）连接光纤合束器（6）的泵浦端，增益光纤（7）一端连接光纤合束器（6）的信号输出端，增益光纤（7）另一端连接色散补偿元件一端，色散补偿元件另一端连接偏振控制器（9）一端，高Q值的微腔（10）连接在偏振控制器（9）后面，或者高Q值的微腔（10）连接在光纤合束器（6）和增益光纤（7）之间，或者高Q值的微腔（10）连接在增益光纤（7）和色散补偿元件之间。

设计方案

1.一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，采用线形腔结构，主要包括锁模元件可饱和吸收体（1）、透镜Ⅰ（2）、透镜Ⅱ（3）、泵浦源（5）、光纤合束器（6）、增益光纤（7）、色散补偿元件、偏振控制器（9）、高Q值的微腔，所述高Q值的微腔为回音壁模式光学微腔，其品质因数Q值不低于10^6<\/sup>；

在光纤合束器（6）的信号输入端一侧切割一个角度α为8°～20°的斜角（4），斜角（4）的出射光垂直射向透镜中心，即斜角（4）有角度一端通过两个合适焦距的透镜聚焦到锁模元件可饱和吸收体（1）上，斜角（4）的平角端与光纤合束器（6）的信号输入端连接形成谐振，泵浦源（5）连接光纤合束器（6）的泵浦端，增益光纤（7）一端连接光纤合束器（6）的信号输出端，增益光纤（7）另一端连接色散补偿元件一端，色散补偿元件另一端连接偏振控制器（9）一端，高Q值的微腔（10）连接在偏振控制器（9）后面，或者高Q值的微腔（10）连接在光纤合束器（6）和增益光纤（7）之间，或者高Q值的微腔（10）连接在增益光纤（7）和色散补偿元件之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的高Q值的微腔为微球型、微柱型、微盘型、微泡型、微管型或微环型中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的高Q值的微腔的材料为2微米波段低损耗的石英或3微米波段低损耗的硅、锗、氟化钙、硒化锌中红外低损耗材料中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的高Q值的微腔的耦合方式采用拉锥光纤耦合或者棱镜对自由空间耦合中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的锁模元件可饱和吸收体（1）为半导体可饱和吸收镜、石墨烯可饱和吸收镜、碳纳米管可饱和吸收镜或氧化石墨烯可饱和吸收镜中的一种，其工作范围覆盖2～3微米波段，其调制深度∆R的取值范围为8%≤∆R≤30%。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的泵浦源（3）为半导体激光器泵浦源，中心波长λ为793nm或976nm。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的增益光纤（4）为稀土单掺杂Tm^{3+<\/sup>石英光纤或稀土离子Tm^{3+<\/sup>、Ho^{3+<\/sup>共掺的石英光纤，或Er^{3+<\/sup>掺杂的氟化物光纤。}}}}

8.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，所述的色散补偿元件为色散补偿光纤（801）或啁啾光纤光栅（802）。

9.根据权利要求1或2所述的一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器，其特征在于，还包括带通滤波器（11），所述带通滤波器（11）连接在谐振腔外。

设计说明书

技术领域

本发明属于激光技术及非线性光学领域，具体涉及一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器。

背景技术

由于波长灵活的特性，拉曼光纤激光器一直受到研究者们的关注。目前，拉曼激光器波长范围已经覆盖了可见光至中红外波段，并在近红外波段最大输出功率可超过千瓦。高功率拉曼光纤激光器技术的现有发展有以下特点：1通过多个超快种子源对功率进行放大来实现高功率拉曼光纤激光器，这种方法需要多个泵浦源和隔离器，因此腔形结构复杂，成本高且可靠性低；2虽然在近红外波段，Yb^{3+<\/sup>离子掺杂光纤激光器和Er^{3+<\/sup>离子掺杂光纤激光器，可通过千米量级的长光纤构成振荡器，从而在腔内直接实现拉曼超快激光输出；但是千米量级的长光纤导致拉曼激光的阈值非常高、获得的脉冲重复频率在几十开赫兹量级，低于通常锁模光纤激光器两个量级。这正是中红外波段拉曼超快光纤激光振荡器缺乏的原因。}}

目前尚没有实现2～5微米波段拉曼光纤激光振荡器的报道，主要有两个原因:一是由于光与物质相互作用的非线性强度与光的波长成反比(光子能量成正比)，因此拉曼阈值随着光的波长增加而升高；二是因为随着波长靠近2微米，此波段下石英光纤对激光的本征损耗增加，拉曼阈值更难达到，因此基于长光纤实现2微米波段拉曼超快激光阈值高，结构复杂。因为脉冲的重复频率可由设计图

一种基于微腔的中红外拉曼超快光纤激光振荡器论文和设计

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