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中红外 激光器

阅读：181发布：2020-05-11

专利汇可以提供中红外激光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种中红外激光器，包括THETA 谐振腔，通过构建圆形THETA谐振腔的结构设计，在反S形的反馈中引入了不可逆的损耗，便可实现激光在腔内的单向传输，实现高功率3微米波段激光输出。，下面是中红外激光器专利的具体信息内容。

权利要求

1.中红外激光器，包括THETA谐振腔，所述THETA谐振腔呈圆环状；其特征在于，具体包括：第一氟化物光纤耦合器、第二氟化物光纤耦合器、增益模块以及氟化物输出耦合器；
所述增益模块第一端与第一氟化物光纤耦合器第一端尾纤连接；所述增益模块第二端与第二氟化物光纤耦合器第一端尾纤连接；所述氟化物输出耦合器第一端与第一氟化物光纤耦合器第二端尾纤连接；所述氟化物输出耦合器第二端与第二氟化物光纤耦合器第二端尾纤连接；所述第一氟化物光纤耦合器第二端与第二氟化物光纤耦合器第一端尾纤连接于圆心处形成反S形反馈；氟化物输出耦合器第一端作为光纤激光器的输出端。
2.根据权利要求1所述的中红外激光器，其特征在于，还包括：第一氟化物光终端和第二氟化物光终端，第一氟化物光终端连接第一氟化物光纤耦合器第一端尾纤；第二氟化物光终端连接第二氟化物光纤耦合器第二端尾纤。
3.根据权利要求2所述的中红外激光器，其特征在于，所述增益模块为掺铒氟化物光纤，产生3微米波段激光。
4.根据权利要求3所述的中红外激光器，其特征在于，所述第一氟化物光纤耦合器和第二氟化物光纤耦合器为2*2氟化物光纤耦合器。

说明书全文

中红外 激光器

技术领域

[0001] 本发明属于激光技术领域，具体涉及一种光纤激光器。

背景技术

[0002] 光纤激光器(Fiber Laser)是指用掺稀土元素(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等)玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出，相比传统激光器，具有光光转化效率高、光束质量好、散热优良、结构简单紧凑等优势。

[0003] 光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等，而工作在中红外波段的光纤激光器在生物医疗、气体传感、国防领域都具有潜在的应用价值。稀土类掺杂光纤激光器。

[0004] 如图1所示是现有全光纤掺Er3+氟化物光纤激光器的结构示意图，激光器泵浦源采用980nm的半导体激光器，激光器谐振腔由一对刻写在氟化物光纤上的光纤光栅(HR-FBG和LR-FBG)和掺Er3+氟化物增益介质(Er：FGF)构成。

[0005] 现有全光纤掺Er3+氟化物光纤激光器主要存在以下缺点：

[0006] 1、采用一对刻写在氟化物光纤上的光纤光栅作为激光器谐振腔，导致系统成本高昂；

[0007] 2、采用传统的线性腔结构，使得系统的功能延展性差，难以通过简单的结构改进实现稳定的长/短/超短脉冲激光输出，降低了系统的灵活性。

发明内容

[0008] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种中红外激光器。

[0009] 本发明的具体技术方案为：一种中红外激光器，包括THETA谐振腔，所述THETA谐振腔呈圆环状；具体包括：

[0010] 第一氟化物光纤耦合器、第二氟化物光纤耦合器、增益模块以及氟化物输出耦合器；

[0011] 所述增益模块第一端与第一氟化物光纤耦合器第一端尾纤连接；所述增益模块第二端与第二氟化物光纤耦合器第一端尾纤连接；所述氟化物输出耦合器第一端与第一氟化物光纤耦合器第二端尾纤连接；所述氟化物输出耦合器第二端与第二氟化物光纤耦合器第二端尾纤连接；所述第一氟化物光纤耦合器第二端与第二氟化物光纤耦合器第一端尾纤连接于圆心处形成反S形反馈；氟化物输出耦合器第一端作为光纤激光器的输出端。

[0012] 进一步地，还包括：第一氟化物光终端和第二氟化物光终端，第一氟化物光终端连接第一氟化物光纤耦合器第一端尾纤；第二氟化物光终端连接第二氟化物光纤耦合器第二端尾纤。

[0013] 进一步地，所述增益模块为掺铒氟化物光纤，产生3微米波段激光。

[0014] 进一步地，所述第一氟化物光纤耦合器和第二氟化物光纤耦合器为2*2氟化物光纤耦合器。

[0015] 本发明的有益效果是：本发明的中红外激光器，除氟化物耦合器外，无需引入任何价格高昂的氟化物光纤光栅和隔离器，仅仅通过构建圆形腔的结构设计，在反S形的反馈中引入了不可逆的损耗，便可实现激光在腔内的单向传输，实现高功率3微米波段激光输出；其结构简单，成本低廉，易于实现；并且在本发明光纤激光器的基础上进行改进。
附图说明

[0016] 图1为现有激光器的结构示意图；

[0017] 图2为发明实施例的中红外激光器结构示意图；

[0018] 图3为本发明实施例的中红外激光器工作状态一；

[0019] 图4为本发明实施例的中红外激光器的工作状态二；

[0020] 图5为本发明实施例的中红外激光器的工作状态三；

[0021] 图6为本发明实施例的中红外脉冲激光器结构示意图；

[0022] 附图标记说明：1为增益模块，2为第一氟化物光纤耦合器，3为第一氟化物光终端，4为第二氟化物光纤耦合器，5为第二氟化物光终端，6为氟化物输出耦合器，7为2和4相连的熔接点，8为谐振腔的等效增益模块，9为谐振腔的损耗模块，10为第一种初始状态激光传播方向，11为第二种初始状态激光传播方向，12为第三种初始状态激光传播方向，13为第四种初始状态激光传播方向，14为氟化物微纳光纤型被动调制器件，15为14与1相连的熔接点，
16为14与2相连的熔接点。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

[0024] 如图2所示，本发明实施例提供了一种中红外激光器，包括THETA谐振腔，所述THETA谐振腔呈圆环状；具体包括：第一氟化物光纤耦合器2、第二氟化物光纤耦合器4、放大单元1以及氟化物输出耦合器6；

[0025] 所述放大单元1第一端与第一氟化物光纤耦合器2第一端尾纤连接；所述放大单元1第二端与第二氟化物光纤耦合器4第一端尾纤连接；所述氟化物输出耦合器6第一端与第一氟化物光纤耦合器2第二端尾纤连接；所述氟化物输出耦合器6第二端与第二氟化物光纤耦合器4第二端尾纤连接；所述第一氟化物光纤耦合器2第二端与第二氟化物光纤耦合器4第一端尾纤连接于圆心处形成反S形反馈；氟化物输出耦合器6第一端作为光纤激光器的输出端，用于将腔内产生的3微米波段激光输出腔外。

[0026] 第一氟化物光纤耦合器2和第二氟化物光纤耦合器4为高功率的2*2氟化物光纤耦合器，其耦合比可根据实际需求可改变。氟化物光终端3和5，用于吸收腔内的残余泵浦和产生的3微米波段激光。

[0027] 上述系统，除氟化物耦合器外，无需引入任何价格高昂的氟化物光纤光栅和隔离器，仅仅通过构建图2所示的圆形腔结构设计，在S形的反馈中引入了不可逆的损耗，便可实现激光在腔内的单向传输，实现高功率3微米波段激光输出。本发明的激光器的工作原理如下：图3、图4、图5为该激光器的简化结构。

[0028] 当刚开启泵浦光时，该激光器存在四种初始传输状态的激光：第一种为图3中10所示，沿主环逆时针方向(即氟化物输出耦合器6→第一氟化物光纤耦合器2→增益模块1→第二氟化物光纤耦合器4→氟化物输出耦合器6的顺序)传播的激光；第二种为图3中11所示，沿主环顺时针方向(即第一氟化物光纤耦合器2→氟化物输出耦合器6→第二氟化物光纤耦合器4→增益模块1→第一氟化物光纤耦合器2的顺序)传播的激光；第三种为图4中12所示，沿主环顺时针(第二氟化物光纤耦合器4→氟化物输出耦合器6→第一氟化物光纤耦合器2→增益模块1的顺序)传播的光通过反S形的反馈转化为逆时针(即增益模块1→第一氟化物光纤耦合器2→氟化物光纤熔接点7→第二氟化物光纤耦合器4的顺序)传播的激光；第四种为如图5中13所示，沿主环顺时针(即增益模块1→第一氟化物光纤耦合器2→氟化物输出耦合器6→第二氟化物光纤耦合器4的顺序)传播的光通过反S形的反馈转化为逆时针(即第二氟化物光纤耦合器4→氟化物光纤熔接点7→第一氟化物光纤耦合器2→增益模块1的顺序)传播的激光。随着激光器工作趋于稳态，第二种状态的激光在不可逆损耗的作用下熄灭，最终激光器只存在沿主环逆时针传输的激光，实现单向运转。

[0029] 本发明中，所述增益模块1除掺铒氟化物光纤外，还可以采用掺钬氟化物光纤构成的螺旋线或者采用掺镝氟化物光纤构成的螺旋线，均在本发明的保护范围之内。

[0030] 此外，该系统还可进行灵活的结构变化，通过在主环中引入不同参数的氟化物微纳光纤型被动调制器件，实现长/短/超短脉冲的3微米波段激光输出。如图6所示，本申请还提出了一种中红外脉冲激光器，基于本申请提出的中红外激光器，通过将THETA腔结构与氟化物微纳光纤型被动调制器件相结合，得到中红外脉冲激光器；参考图2所示的光纤激光器，红外脉冲激光器在增益模块1和第一氟化物光纤耦合器2之间加入了氟化物微纳光纤型被动调制器件14；氟化物微纳光纤型被动调制器件14与增益模块1和第一氟化物光纤耦合器2的连接方式为熔接；15,16分别代表与增益模块1和第一氟化物光纤耦合器2的两个熔接点；在红外脉冲激光器得到连续的3微米波段激光后，在氟化物微纳光纤型被动调制器件的可饱和吸收作用下，便会产生调Q或锁模脉冲激光并从氟化物输出耦合器6输出。

[0031] 氟化物微纳光纤型被动调制器件14由氟化物微纳光纤和材料可饱和吸收体构成，材料可饱和吸收体可选择石墨烯、拓扑绝缘体以及黑磷等二维材料以及砷化镉等三维材料。

[0032] 而脉冲激光的种类(长/短/超短脉冲的3微米波段激光)及具体的参数由氟化物微纳光纤型被动调制器件14的性能参数；性能参数如：调制深度、饱和光强、插入损耗等；因此可根据实际需求对器件14的性能参数进行合理设计。

[0033] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

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