專利名稱：雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雙包層光纖激光器，特別是一種將倍頻晶體置于兩段有源雙包層光纖之間，構(gòu)成一種高效的雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器。
背景技術(shù)：
近年來光纖激光器得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，特別是雙包層光纖激光器。雙包層光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊、外形輕巧、工作穩(wěn)定、輸出光束質(zhì)量好和易實(shí)現(xiàn)高功率的特點(diǎn)吸引了人們的注意。但是其輸出波長的單一化，限制了其廣泛應(yīng)用，因此需要提出一種頻率變換技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)新波長的輸出?，F(xiàn)有技術(shù)中，光纖激光器的倍頻都是采用腔外倍頻技術(shù)[S.A.Guskov，Electronics Letters Vol.34 No.14(1998)，1419]，[S.V.Popov，Optics Communications 174(2000)，231]，這種方法雖然能實(shí)現(xiàn)倍頻光輸出，但其轉(zhuǎn)換效率低、不易實(shí)現(xiàn)高功率，不容易實(shí)現(xiàn)激光器一體化。該技術(shù)對脈沖激光比較適用，而對于連續(xù)激光則受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)腔外倍頻的不足，提供一種雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，使之較容易地實(shí)現(xiàn)高功率，高轉(zhuǎn)換效率和一體化，不僅可對脈沖激光倍頻，還能實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光的倍頻。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其構(gòu)成包括半導(dǎo)體激光器電源、半導(dǎo)體激光器、輸入耦合系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)、倍頻系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)和輸出耦合透鏡，其位置關(guān)系是所述的光纖系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的F-P諧振腔，該半導(dǎo)體激光器輸出的激光束通過耦合系統(tǒng)整形后入射到光纖系統(tǒng)，在光纖系統(tǒng)、倍頻系統(tǒng)和光纖系統(tǒng)組成諧振腔中形成激光振蕩，并在倍頻系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻，通過輸出耦合透鏡輸出。
所述的半導(dǎo)體激光器的泵光波長應(yīng)與雙包層光纖的纖芯材料的吸收波長相匹配。
所述的輸入耦合系統(tǒng)是一個(gè)非球面透鏡組。
所述的光纖系統(tǒng)由雙色片、光纖插針和雙包層光纖構(gòu)成，該雙色片是一種對半導(dǎo)體激光器的輸出波長高透而對基頻光波長高反的鏡片。
所述的倍頻系統(tǒng)由左右兩光纖插針、自聚焦透鏡及倍頻晶體構(gòu)成，該左光纖插針的右端面、右光纖插針的左端面、左自聚焦透鏡的左端面和右自聚焦透鏡的右端面都具有8度的傾斜角，左光纖插針和左自聚焦透鏡緊密粘合在一起，右光纖插針和右自聚焦透鏡緊密粘合在一起。
所述的右光纖系統(tǒng)由雙包層光纖、光纖插針和雙色片構(gòu)成，雙包層光纖的特性和左右光纖系統(tǒng)的雙包層光纖一樣，但其長度短，該雙色片是對基頻光高反，對倍頻光高透的鏡片。
所述的輸出耦合鏡是單個(gè)非球透鏡或顯微鏡用物鏡。
所述的左光纖系統(tǒng)的雙包層光纖的纖芯材料是激光工作物質(zhì)，是摻雜稀土離子的晶體或玻璃，內(nèi)包層的橫截面外形是矩形，或是正方形，或是其它多邊形。
所述的倍頻系統(tǒng)的倍頻晶體是具有匹配角和基頻光波長相匹配的非線性晶體，可以是KTP、CLBO、BBO，也可以是采用準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的PPLN或PPKTP晶體，該倍頻晶體左端面鍍有對半導(dǎo)體激光器輸出激光高透，對基頻光高透和對倍頻光高反的介質(zhì)膜，右端面鍍有對半導(dǎo)體激光器輸出激光、基頻光和倍頻光的增透膜。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果雙包層光纖倍頻激光器由于采用了雙包層光纖激光器技術(shù)，因此具有電光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、易實(shí)現(xiàn)高功率輸出等特點(diǎn)。發(fā)明中采用了新型的腔內(nèi)倍頻技術(shù)，倍頻轉(zhuǎn)換效率高，對脈沖激光和連續(xù)激光都能實(shí)現(xiàn)倍頻輸出，彌補(bǔ)了光纖激光器腔外倍頻的不足。在光纖和倍頻系統(tǒng)耦合中，采用了成熟的光纖插針和自聚焦透鏡耦合技術(shù)，耦合損耗較小，進(jìn)一步提高了激光器的轉(zhuǎn)換效率。本實(shí)用新型首先提出了雙包層光纖激光器的腔內(nèi)倍頻技術(shù)，所有的器件都能很容易的組裝在一起，可實(shí)現(xiàn)一體化，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，便于在各種工作環(huán)境中使用。


圖1為本實(shí)用新型的雙包層光纖倍頻激光器的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
請參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型的雙包層光纖倍頻激光器最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本實(shí)用新型雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其特點(diǎn)是它由半導(dǎo)體激光器電源1、半導(dǎo)體激光器2、輸入耦合系統(tǒng)15、光纖系統(tǒng)16、倍頻系統(tǒng)17、光纖系統(tǒng)18和輸出耦合透鏡9構(gòu)成，其位置關(guān)系是所述的光纖系統(tǒng)16、光纖系統(tǒng)18和倍頻系統(tǒng)17組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的F-P諧振腔，該半導(dǎo)體激光器2輸出的激光束通過耦合系統(tǒng)15整形后入射到光纖系統(tǒng)16，在光纖系統(tǒng)16、倍頻系統(tǒng)17和光纖系統(tǒng)18組成諧振腔中形成激光振蕩，并在倍頻系統(tǒng)17中實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻，通過輸出耦合透鏡9輸出。
所述的半導(dǎo)體激光器2是輸出中心波長975nm，輸出功率連續(xù)可調(diào)，最大輸出功率30W的商用半導(dǎo)體激光器。光波長與雙包層光纖4、7的纖芯材料的吸收波長相匹配。
所述的輸入耦合系統(tǒng)15是一個(gè)非球面透鏡組。
所述的光纖系統(tǒng)16包括雙色片3、光纖插針14和雙包層光纖4構(gòu)成，該雙色片3是一種對半導(dǎo)體激光器2輸出波長高透而對基頻光波長高反的鏡片，即雙色片3是對975nm高透(透射率＞95％)，1110nm高反(反射率＞99％)的鏡片。
所述的倍頻系統(tǒng)17由光纖插針13和11、自聚焦透鏡5和6，及倍頻晶體12構(gòu)成，該光纖插針13右端面、光纖插針11左端面、自聚焦透鏡5左端面和自聚焦透鏡6右端面都具有8度的傾斜角，光纖插針13和自聚焦透鏡5緊密粘合在一起，光纖插針11和自聚焦透鏡6緊密粘合在一起。
所述的光纖系統(tǒng)18由雙包層光纖7、光纖插針10和雙色片8構(gòu)成，雙包層光纖7的特性和雙包層光纖4一樣，但其長度比雙包層光纖4短，雙色片8是對基頻光高反，對倍頻光高透的鏡片，在本實(shí)施例中，該雙色片8是975nm高反(反射率＞98％)、1110nm高反(反射率＞99％)，550nm高透(透射率＞96％)的鏡片。
所述的輸出耦合鏡9為單個(gè)非球透鏡或顯微鏡用物鏡。
所述的光纖系統(tǒng)16的雙包層光纖4的纖芯材料是激光工作物質(zhì)，是摻雜稀土離子的晶體或是玻璃，內(nèi)包層的橫截面外形是矩形，或是正方形，或是其它多邊形。在本實(shí)施例中，纖芯材料是摻雜Yb3+離子的石英玻璃，波長的吸收峰在915nm和975nm。雙包層光纖長纖芯直徑9μm，內(nèi)包層的橫截面為330×170μm，外包層橫截面為350×190μm。雙包層光纖4長40m，雙包層光纖7長10m。輸出耦合透鏡為焦距7mm的非球面透鏡。
所述的倍頻系統(tǒng)17的倍頻晶體12是具有匹配角和基頻光波長相匹配的非線性晶體，可以是KTP、CLBO、BBO，也可以是采用準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的PPLN或PPKTP晶體，該倍頻晶體12左端面鍍有對半導(dǎo)體激光器2輸出激光高透，對基頻光高透和對倍頻光高反的介質(zhì)膜，右端面鍍有對半導(dǎo)體激光器2輸出激光、基頻光和倍頻光的增透膜。在本實(shí)施例中，倍頻晶體12采用4×4×5mm的KTP晶體，晶體采用對1110nm波長的II類匹配方式，左端面鍍1110nm高透，975nm高透和550nm高反的介質(zhì)膜，右端面鍍1110nm，975nm，550nm高透的介質(zhì)膜。
半導(dǎo)體激光器2輸出的激光通過耦合系統(tǒng)15整形，其焦斑大小和數(shù)值孔鏡分別與雙包層光纖的纖芯大小和數(shù)值孔鏡相當(dāng)，然后進(jìn)入F-P腔形成激光振蕩，產(chǎn)生激光，再通過倍頻晶體產(chǎn)生倍頻激光輸出。本實(shí)施例的雙包層光纖倍頻激光器輸出為TEM00模的倍頻激光束，有良好的光束質(zhì)量。
權(quán)利要求1.一種雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其特征在于包括半導(dǎo)體激光器電源(1)、半導(dǎo)體激光器(2)、輸入耦合系統(tǒng)(15)、光纖系統(tǒng)(16)、倍頻系統(tǒng)(17)、光纖系統(tǒng)(18)和輸出耦合透鏡(9)，其位置關(guān)系是所述的光纖系統(tǒng)(16)、光纖系統(tǒng)(18)和倍頻系統(tǒng)(17)組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的F-P諧振腔，該半導(dǎo)體激光器(2)輸出的激光束通過耦合系統(tǒng)(15)整形后入射到光纖系統(tǒng)(16)，在光纖系統(tǒng)(16)、倍頻系統(tǒng)(17)和光纖系統(tǒng)(18)組成諧振腔中形成激光振蕩，并在倍頻系統(tǒng)(17)中實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻，通過輸出耦合透鏡(9)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其特征在于所述的半導(dǎo)體激光器(2)的泵光波長應(yīng)與雙包層光纖(4)(7)纖芯材料的吸收波長相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其特征在于所述的輸入耦合系統(tǒng)(15)是一個(gè)非球面透鏡組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其特征在于所述的光纖系統(tǒng)(16)包括雙色片(3)、光纖插針(14)和雙包層光纖(4)構(gòu)成，該雙色片(3)是一種對半導(dǎo)體激光器(2)輸出波長高透而對基頻光波長高反的鏡片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙包層光纖倍頻激光器，其特征在于所述的倍頻系統(tǒng)(17)由光纖插針(13)和(11)、自聚焦透鏡(5)和(6)，及倍頻晶體(12)構(gòu)成，該光纖插針(13)右端面、光纖插針(11)左端面、自聚焦透鏡(5)左端面和自聚焦透鏡(6)右端面都具有8度的傾斜角，光纖插針(13)和自聚焦透鏡(5)緊密粘合在一起，光纖插針(11)和自聚焦透鏡(6)緊密粘合在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙包層光纖倍頻激光器，其特征在于所述的光纖系統(tǒng)(18)由雙包層光纖(7)、光纖插針(10)和雙色片(8)構(gòu)成，雙包層光纖(7)的特性和雙包層光纖(4)一樣，但其長度比雙包層光纖(4)短，雙色片(8)是對基頻光高反，對倍頻光高透的鏡片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙包層光纖倍頻激光器，其特征在于所述的輸出耦合鏡(9)為單個(gè)非球透鏡或顯微鏡用物鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述所述的雙包層光纖倍頻激光器，其特征在于所述的光纖系統(tǒng)(16)的雙包層光纖(4)的纖芯材料是激光工作物質(zhì)，是摻雜稀土離子的晶體或是玻璃，內(nèi)包層的橫截面外形是矩形，或是正方形，或是其它多邊形。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙包層光纖倍頻激光器，其特征在于所述的倍頻系統(tǒng)(17)的倍頻晶體(12)是具有匹配角和基頻光波長相匹配的非線性晶體，可以是KTP、CLBO、BBO，也可以是采用準(zhǔn)相位匹配技術(shù)的PPLN或PPKTP晶體，該倍頻晶體(12)左端面鍍有對半導(dǎo)體激光器(2)輸出激光高透，對基頻光高透和對倍頻光高反的介質(zhì)膜，右端面鍍有對半導(dǎo)體激光器(2)輸出激光、基頻光和倍頻光的增透膜。
專利摘要一種雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器，其構(gòu)成包括半導(dǎo)體激光器電源、半導(dǎo)體激光器、輸入耦合系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)、倍頻系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)和輸出耦合透鏡，所述的光纖系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的F－P諧振腔，該半導(dǎo)體激光器輸出的激光束通過耦合系統(tǒng)整形后入射到光纖系統(tǒng)，在光纖系統(tǒng)、倍頻系統(tǒng)和光纖系統(tǒng)組成諧振腔中形成激光振蕩，并在倍頻系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)倍頻，通過輸出耦合透鏡輸出。本實(shí)用新型的雙包層光纖腔內(nèi)倍頻激光器融合了雙包層光纖結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率高、電光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了光纖激光器腔外倍頻轉(zhuǎn)換效率低的不足，能夠獲得高能量，高質(zhì)量的倍頻激光輸出。
文檔編號H01S3/06GK2612116SQ0323072
公開日2004年4月14日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者樓祺洪, 朱曉崢, 周軍, 董景星, 魏運(yùn)榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所