[发明专利]一种上转换单频蓝绿光光纤激光器

说明书

本发明公开了一种上转换单频蓝绿光光纤激光器，其包括：宽带光纤布拉格光栅、高掺杂氟化物光纤、窄带光纤布拉格光栅、谐振腔温度控制模块、波分复用器、泵浦源和光隔离器。高掺杂氟化物光纤作为激光增益介质，分别与宽带光纤布拉格光栅、窄带光纤布拉格光栅相连接构成单频激光短腔，结合高掺杂氟化物光纤的上转换发光过程，从谐振腔中实现的单频蓝绿光光纤激光输出。与传统半导体蓝绿光激光器和经过非线性频率转换方式获得的蓝绿光激光器相比，本发明具有全光纤化连接、结构简单、易于维护、成本低、稳定性高等优点，可用于激光显示、水下通信、光数据存储，在原子探测、激光光谱学及生物医疗等领域有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种短线形腔结构的单频蓝绿光光纤激光器。

背景技术

可见光激光器，尤其是单频蓝绿光激光器在相干光探测、光数据存储、激光显示、生物及医学诊断等领域有着重要的应用价值。目前有三种较为常用的方式用于获得蓝绿光激光：（1）将红外波段激光作为基频光源，通过非线性频率转换过程获得蓝绿光激光；（2）采用氮化镓和硒化锌等蓝绿光半导体激光器经过光束整形后，输出蓝绿光激光；（3）使用氟化物光纤或晶体作为激光上转换增益介质，在泵浦源的抽运下直接输出蓝绿光激光。

然而对于非线性频率转换过程，其要求各个参与相互作用的光波满足相位匹配条件，这不仅对非线性光学晶体有一定的要求，而且对基频光源的性能（光束质量、线宽、功率等）也有极为严苛的要求。此外，由于非线性晶体的引入，会导致整个系统较为复杂、转换效率低、不利于系统的小型化与集成化。对于能够直接发射蓝绿光激光的半导体激光器来说，虽然近几年有了显著的进展，然而其本身仍存在较多缺陷，如：光束质量较差、寿命较短、量子效率较低和价格较高等，这些因素限制了它的进一步应用。而通过上转换发光过程，如掺杂稀土离子的氟化物光纤或晶体材料可以将长波辐射直接转换成短波辐射；将其作为激光增益介质，同时结合短线形腔结构和光纤布拉格光栅的选模机制，可以实现性能优异的单频蓝绿光激光输出。并且整个装置结构更紧凑、全光纤化、稳定性高，成本低，能够便于广泛应用。

相关的专利有：（1）2014年，合肥恒锐光电科技有限公司申请了倍频绿光光纤激光器的专利[公开号：CN 104242039A]，利用半导体可饱和吸收镜SESAM、掺镱双包层光纤、铌酸锂晶体和宽带光纤光栅一起构成激光谐振腔，实现了倍频绿光激光输出。（2）2015年，中国科学院半导体研究所申请了可调谐蓝光激光装置的专利[公开号：CN 105428986A]，利用808nm半导体激光器倍频扇形极化周期晶体，实现了可调谐的倍频蓝光激光输出。但是上述专利所要求的蓝绿光激光并未具有单纵模（单频）运转和全光纤化等典型特征。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种上转换单频蓝绿光光纤激光器。本发明采用分布式布拉格（DBR）短腔结构，由厘米量级高掺杂氟化物光纤作为激光增益介质，并结合一对光纤布拉格光栅一起构建DBR短线形腔。利用光纤光栅的选频作用，合理控制整个谐振腔腔长以增加腔内相邻纵模间隔，并通过温度控制模块对谐振腔进行精确温度控制。在外界泵浦源的泵浦作用下，高掺杂氟化物光纤实现上转换发光过程，进而激光在谐振腔内形成振荡，可以直接从谐振腔中输出高性能的单频蓝绿光光纤激光。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种上转换单频蓝绿光光纤激光器，其包括宽带光纤布拉格光栅、高掺杂氟化物光纤、窄带光纤布拉格光栅、谐振腔温度控制模块、波分复用器、泵浦源和光隔离器。各部件之间的结构关系是：高掺杂氟化物光纤的一端与宽带光纤布拉格光栅的一端连接，高掺杂氟化物光纤的另一端与窄带光纤布拉格光栅的一端连接，三者一起构成DBR单频激光短腔，并将谐振腔置于温度控制模块中进行精确温度控制。波分复用器的泵浦端与泵浦源的尾纤连接，波分复用器的公共端与窄带光纤布拉格光栅的另一端连接，波分复用器的信号端与光隔离器的输入端连接。最终谐振腔所产生的单频蓝绿光光纤激光经由光隔离器的输出端口输出。