[发明专利]一种光子带隙光纤及移频光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于光纤技术领域，尤其涉及一种光子带隙光纤及移频光纤激光器。

背景技术

基于光子带隙效应的“移频光纤激光器”研究是当今光纤激光器领域的前沿研究课题。通常掺镱光纤激光器的输出波长在1000-1120nm之间，人们难以得到976nm或者1120-1180nm的高功率“移频”激光输出。然而后两个波长的光纤激光器极具吸引力，它们倍频是产生蓝光和黄光激光的一种新的技术途径。研究中发现即使用光纤光栅对强制选频，也难消除1060nm附近的寄生激光，归根到底这由镱离子的荧光增益谱决定。因此制作高功率的“移频光纤激光器”，关键在于修正稀土离子的荧光增益谱，通过抑制增益强的波段实现弱增益波段的激光激发。

其中，全固态光子带隙光纤是近年来广泛研究的一种新型光纤，其借助于包层中高折射率的掺锗玻璃线阵列所形成的光子带隙效应，(注：也有论文称之为“反共振反射波导机制”，简写为ARROW)，将处于带隙内的光子限制在实芯内传输。在相邻带隙之间存在一个“损耗区”，在它内部的光子损耗极大，是因为在这些波长上纤芯内传导模与掺锗玻璃线中的高阶模发生共振耦合。利用光子带隙效应可改变稀土离子的荧光增益谱，原理是：将“损耗区”设计在荧光谱的强增益区，就可有效抑制寄生激光，有利于提高“移频光纤激光器”的功率。

在全固光子带隙光纤的实芯内，可以进行稀土掺杂、光栅写入。从技术层面上讲，即使光纤制作工艺的精度不能完全达到理想设计的频移量，还可以通过改变光纤的缠绕半径对镱离子的荧光光谱范围进行修正。因为光纤的带隙宽度随着缠绕半径缩小而减小，改变光纤的缠绕半径能“适度”改变带隙/“损耗区”的宽度。但是基于上述原理实现的单包层结构的光纤功率和转换效率都很低，双包层结构的光纤最大功率也只有30W。

目前，制约此类“移频光纤激光器”功率进一步提升的主要“瓶颈”是：1)高掺镱全固光子带隙光纤难以实现大模场面积设计。由于激光被移频到荧光谱的弱增益区，光纤必须高掺镱离子才能提供激光器运转所需的足够增益。而高掺镱会相应提高纤芯折射率并增强对模场的限制能力，反过来势必需要包层中掺锗玻璃线更靠近纤芯，以便发生更强的共振耦合形成“损耗区”来抑制强增益区，这限制了模场面积变大。2)光纤包层中含有的高折射率掺锗玻璃线会捕获部分泵浦光，导致降低光光转换效率，因而在实际光纤制作中人们期望用尽量少的玻璃线提供光子带隙效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种光子带隙光纤，旨在利用光子带隙效应来抑制强增益区的寄生激光。

本发明是这样实现的，一种光子带隙光纤，包括外包层、由若干空气孔形成的环状内包层、包裹在所述内包层内的纤芯，所述内包层中包含有掺锗玻璃线，所述纤芯中掺氟。

本发明还提供了一种移频光纤激光器，包括顺次熔接的合束器、第一光纤光栅、第一光子带隙光纤、高掺镱光纤、第二光子带隙光纤、第二光纤光栅；

所述第一光子带隙光纤和所述第二光子带隙光纤均为如上所述的光子带隙光纤；

所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的反射波长相同但反射率不同。

本发明还提供了一种黄光光纤激光器，包括一如上所述的移频光纤激光器，还包括一对所述移频光纤激光器产生的激光进行倍频处理的倍频器；

其中，所述合束器的输入端与一976nm的泵浦源熔接，所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的反射波长范围为1150nm-1180nm，所述第一光纤光栅对976nm的泵浦光高透过且对其反射波长范围内的光高反，所述第二光纤光栅对其反射波长范围内的光可反射。

本发明还提供了一种蓝光光纤激光器，包括一如上所述的移频光纤激光器，还包括一对所述移频光纤激光器产生的激光进行倍频处理的倍频器；

其中，所述合束器的输入端与一915nm的泵浦源熔接，所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的反射波长为976nm，所述第一光纤光栅对976nm的光高反，所述第二光纤光栅对976nm的光可反射。

本发明提供的第一种光子带隙光纤通过在全固态光子带隙光纤的纤芯内施加一个轻微的折射率下陷，有效增强“损耗区”内模场与掺锗玻璃线的共振耦合，进而减少包层中掺锗玻璃线的数目，减小了包层中玻璃线对泵浦光的吸收，上述光子带隙光纤可应用于移频光纤激光器，能有效杜绝包层中掺锗玻璃线对泵浦光的吸收浪费。利用光纤光栅对的选频作用和光子带隙光纤的“抑制寄生激光振荡”的作用，实现全光纤化大功率“移频光纤激光器”。

附图说明