[发明专利]全光纤结构的938nm半导体制冷光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种光纤激光器，特别是一种全光纤结构的938nm半导体制冷光纤激光器。

背景技术

光纤激光器以其体积小、效率高、稳定性好、光束质量好等优点，发展十分迅速。高功率938nm激光器经过倍频后可获得469nm的蓝色激光输出，可作为激光投影、激光电视等得理想的蓝色激光光源；938nm激光与1583nm激光和频产生589nm的黄色激光输出，其可用于激光雷达等军事应用。在钕玻璃中，938nm的激光是Nd³⁺由⁴F_3/2-⁴I_9/2跃迁所产生，而掺钕光纤室温时在900nm处存在很强的自吸收现象，这种自吸收会形成很长的拖尾，使其在938nm处依然有较强的自吸收现象，这使得在在光纤激光器中很难实现938nm激光输出，经研究发现这种自吸收现象会随环境温度的下降向短波方向迁移，目前所见报道的938nm的光纤激光器都是在液氮环境下实现的，也即77K时获得激光输出的，然而液氮环境很难实现商业化应用。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种全光纤结构的938nm半导体制冷光纤激光器，本发明采用全光纤结构，并将掺钕双包层光纤置于超低温半导体制冷器内，提高Nd³⁺由⁴F_3/2-⁴I_9/2跃迁的相对概率，实现大功率、高品质938nm激光输出，本发明具有输出功率高、全光纤结构、体积小、效率高、稳定性好、寿命长、噪声低的优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种全光纤结构的938nm半导体制冷光纤激光器，包括超低温半导体制冷器、半导体激光器、全反射光栅、双包层掺钕光纤、半反射光栅和输出尾纤，其中，半导体激光器作为光源，半导体激光器、全反射光栅、双包层掺钕光纤、半反射光栅和输出尾纤依次首尾相连，上述各元件之间熔接，输出尾纤为激光器输出端；双包层掺钕光纤置于超低温半导体制冷器中，且双包层掺钕光纤的首尾端均置于超低温半导体制冷器之外。

本发明还包括如下其他技术特征：

所述半导体激光器选择带100μm尾纤输出中心波长为808nm功率为15W的半导体激光器；所述全反射光栅选择反射率大于99%，反射中心波长为938nm全反射光纤光栅；所述双包层掺钕光纤选择长度为15m，芯径为6/125μm的双包层掺钕光纤；所述半反射光栅采用反射中心波长为938nm反射率为10%的光纤光栅。

所述超低温半导体制冷器包括半导体制冷堆、光纤盘绕柱、真空罩和水冷散热器，其中，光纤盘绕柱置于半导体制冷堆上表面，半导体制冷堆置于水冷散热器的上表面，半导体制冷堆的上表面为吸热端，下表面为放热端；真空罩为下端开口的空心柱体，真空罩扣在水冷散热器上方且将光纤盘绕柱和半导体制冷堆置于内部，真空罩内部形成的腔体为真空腔。

所述半导体制冷堆包括制冷内芯以及包覆在制冷内芯侧面的保温隔热材料，制冷内芯由一个或多个相同的制冷体组成，所述的制冷体由多个半导体制冷片和多个热忱交替堆叠而成，且制冷体的上下表面均为半导体制冷片，在半导体制冷片与热忱之间均涂覆有导热助剂或导热材料；每个半导体制冷片均与直流电源相连接；半导体制冷片的上表面吸热下表面放热。

所述半导体制冷片选择TEC1-12712半导体制冷片。

所述热忱采用具有良好热传导特性的金属片。

所述光纤盘绕柱为圆柱或两头半圆矩形柱，沿光纤盘绕柱的圆周方向刻有槽，槽的形状为矩形半圆槽、方形槽、矩形槽及V形槽，槽的大小以能将光纤没入其中。

所述真空罩采用双层外壁，且该双层外壁之间为真空。

所述真空罩为柱状。

所述水冷散热器包括外壳以及与该外壳内部相连通的进水管和出水管，该外壳内部设置许多竖直方向的隔板，隔板使外壳内腔形成一条迂回前进的冷却水道，进水管连接冷却水道的入口，出水管连接该冷却水道的出口。

本发明的技术特征及优点如下：

1）本发明的激光器采用全光纤结构，由LD泵浦源、光纤光栅、双包层掺钕光纤、输出尾纤通过光纤熔接方式首尾连接而成，无分立元件需要调整，光束质量好、可靠性高、结构紧凑、运转成本低、免维护，克服了传统的分立结构中存在的结构复杂、难以集成、稳定性差等缺陷。