[发明专利]一种1.6μm高光束质量大功率的单频激光器

说明书

本发明公开了一种1.6μm高光束质量大功率的单频激光器，该激光器系统包括：1.6μm单频激光种子源、泵浦源、光纤合束器、高掺杂全玻璃双包层磷酸盐光纤以及光隔离器。所述种子源和泵浦源分别与光纤合束器的信号输入端口、泵浦端口连接，高掺杂全玻璃双包层磷酸盐光纤作为激光增益介质，一端与光纤合束器的信号输出端口连接，高掺杂全玻璃双包层磷酸盐光纤的另一端与光隔离器的输入端连接，光隔离器的输出端作为激光输出端口。本发明提供的1.6μm高光束质量大功率单频激光器具有光束质量好、输出功率大、信噪比高等优点。

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种工作波段1.6μm、高光束质量、大功率、单频输出的全玻璃磷酸盐光纤激光器。

背景技术

1.6μm激光因其独特的性能，如在石英光纤中传输损耗低、对人眼安全、对大气穿透性能强等，使得此波段的激光在分子光谱学、非线性频率转换、以及中红外激光器的同带泵浦源等领域有着重要的应用。而目前实现1.6μm激光的增益介质主要有两类：晶体和光纤。相对于基于晶体材料的固体激光器而言，光纤激光器具有全光纤化、体积小、结构紧凑、光束质量好等优点。2018年，英国南安普顿大学的Huaiqin Lin等人基于多模大芯径（146μm）掺铒增益光纤，实现了波长1610nm、功率656W、M²≈10.5的连续光纤激光输出（Opt.Lett., 2018, 43: 3080），但是其较差的光束质量制约了激光的应用。此外，一些特殊应用场合，例如：激光雷达、引力波探测等强烈要求输出激光单一纵模（单频）运转，且具有高输出功率、窄线宽、低噪声等性能。然而光纤中存在着明显的非线性效应，如受激布里渊散射效应（SBS）等，想要进一步提高单频光纤的输出功率极为困难，目前采用掺铒石英光纤，单频光纤激光的最高输出功率为207W（Proc. of SPIE, 2016, 9728: 97282L-1）。

石英光纤具有较低的稀土离子溶解度。然而，光纤芯径的增大会支持高阶模式，劣化输出激光的光束质量。因此，需要采用一些技术措施对光纤进行模式控制，以抑制高阶模的激励与传输，实现高光束质量的单频激光输出。再者，一般掺铒石英光纤的发射截面较小，其工作波长常集中在C波段（1535-1565nm）。

此外，双包层光纤激光工作在高功率状态时，增益光纤一般会遭受较大的热负荷。然而，双包层增益光纤常使用熔点低、热传导性能更差的聚合物作为外包层和涂覆层，因而对双包层增益光纤的散热提出了严峻挑战。

相关专利有：（1）2012年，中国科学院福建物质结构研究所申请了一种1.5-1.6μm波段激光器[申请号：CN 201110270044.2]，通过采用掺铒硼酸镱锶晶体作为增益介质，优化晶体中铒离子的掺杂浓度，实现了1.5-1.6μm波段固体激光输出。（2）2014年，中国科学院福建物质结构研究所又申请了一种1.5至1.6μm波段薄盘片激光器[申请号：CN201410139343.6]，通过利用铒镱共掺的RAl₃(BO₃)₄或铒单掺的YbAl₃(BO₃)₄激光晶体作为增益介质，基于薄盘片激光设计方案，实现了1.5-1.6μm波段固体激光输出。虽然上述专利中的激光器具有高功率、工作波长1.6μm等性能，但是其激光不具备单频、高光束质量等输出特性。

发明内容