[发明专利]高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法

说明书

本发明公开了高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法，涉及中红外脉冲光纤激光器，LD泵浦源产生连续泵浦光，泵浦光经过所述第一二色镜后，聚焦到所述增益光纤中；所述脉冲泵浦源产生高重频脉冲激光，高重频脉冲激光经过所述准直透镜以及第二聚焦透镜后，射向增益光纤的右侧。本发明可实现结合双波长混合泵浦技术并利用带内泵浦特性得到双波带高效率低阈值增益调制脉冲激光；用高重频耗散共振方波脉冲以及h型脉冲作为增益导引泵浦源泵浦双包层掺钬氟化物光纤，解决有效实现～3微米和～2.1微米增益调制高重频脉冲激光输出的问题；控制1150nm和1950nm泵浦源功率的大小，得到灵活波长可切～3微米/～2.1微米/～3微米和～2.1微米的3种状态激光脉冲。

技术领域

本发明涉及中红外脉冲光纤激光领域，特别涉及高重频双波带可切换中红外脉冲激光器及操作方法。

背景技术

近年来，中红外脉冲激光在卫星遥感、医疗手术、激光防御以及军事对抗等领域有着重要的应用，因此引起科研学者的广泛关注。与固体激光器相比，光纤激光器存在固有的优势，如极好的光束质量，高转换效率、好的散热性以及结构紧实等特点，所以，光纤激光器已被采用于实现高重频中红外脉冲激光。而研制出高重频双波带(～3微米和～2.1微米)可切换的中红外激光器在多材料加工以及软组织激光手术治疗等方面有着诸多潜在应用。目前实现～3微米和～2.1微米的双波带中红外激光脉冲输出的方法主要有以下两种：

1.调Q引导增益调制脉冲(QIG)；

第一种方法是先通过在腔内附加调制器件，诸如声光调制器(AOM)、电光调制器(EOM)等主动调制器或半导体可饱和吸收镜(SESAM)、新型二维材料等被动调制器，实现～3微米的脉冲激光输出，随后引导级联能级产生～2.1微米增益调制脉冲激光输出。基于这种方法，2012年，电子科技大学李剑峰等人利用1150nm半导体激光器(LD)双端抽运双包层掺钬氟化物光纤，通过AOM的调制获得了脉宽和脉冲能量分别为350ns、21.7μJ和460ns、6.4μJ的～3微米和～2.1微米双波带脉冲激光，其输出脉冲频率范围在15～75kHz。同年，他们采用相同调制方式还实现了波长在3.005微米和2.074微米的双波带脉冲激光，其对应输出峰值功率分别为79W和49W，重频范围在25kHz～61kHz。具体的实施方式如图1所示，这是一种可产生双波长级联激光的掺钬ZBLAN光纤激光器装置图，其采用主动调Q的方式实现双波长级联激光脉冲的输出。其中，泵浦激光二极管(laser diode，LD)通过偏振合束器、二色镜及准直聚焦镜耦合进掺钬增益光纤，并产生双波长级联激光。声光调制晶体(acousto-opticmodulator，AOM)用以作为主动调Q器件，以实现腔内损耗周期性的调制，平面光栅用于对输出激光的波长进行筛选。通过改变腔内插入的AOM的频率，来调谐产生双波长激光的频率，实现不同频率的双波长级联激光输出，通过改变泵浦源的功率，实现不同输出功率下的双波长级联激光脉冲输出。

这种技术的缺点为：

该技术是利用AOM通过主动调Q方式实现双波长级联激光脉冲输出，但需要使用额外的AOM晶体，该晶体价格昂贵，且在腔内会引入额外损耗。另外，AOM可调制的频率范围一般在百kHz左右，无法进行高重频的激光调制。再者，引入外部调制器件AOM会使得整个实验装置的结构变得复杂，难以实现全光纤结构。

同时，该技术中产生～2微米脉冲激光阈值高，且难以实现较高的～3微米激光光光转换效率，这大大限制了～3微米和～2微米激光功率以及脉冲能量的提高。

2.增益调制引导增益调制脉冲(GIG)。