[01306239]2μm波段宽带可调谐全光纤激光器

1.课题来源与背景 本项目在国家自然科学基金青年科学基金和长春市科技计划重点攻关项目等的资助下,研制了一种2μm宽带可调谐光纤激光器。激光器谐振腔采用全光纤环形腔结构,掺铥光纤作为增益介质,1570nm或793nm半导体激光二极管作为泵浦源,宽带调谐滤波器实现波长调谐,滤波器选取特制的2μm窄带宽F-P光纤滤波器,以限制输出激光模式数,优化激光信号质量。当泵浦光功率达到阈值,调节谐振腔内偏振控制器,实现稳定2μm激光输出,调谐滤波器中心波长,输出激光波长调谐范围可达100nm以上。开发了一台1570nm光纤激光器泵浦单模掺铥光纤的宽带可调谐激光器实验样机1和一台793nm半导体激光器泵浦双包层掺铥光纤的宽带可调谐激光器实验样机2。 随着光电子器件和激光技术的飞速发展,2μm波段的激光器已广泛地应用于传感、医疗、军事等领域,是最具前景的激光技术。2μm波段激光吸收率高、止血功能强且切割精度高,是最好的医学手术工具;2μm波段激光对大气和烟雾的穿透能力强,并覆盖瓦斯等危险气体的一部分吸收光谱,可用于遥感探测、激光雷达探测和测距等领域。在过去的几十年,激光泵浦的掺铥（Tm）、钬（Ho）等离子活性物质的2μm波段固体激光器得到了快速发展和广泛地应用。而2μm波段光纤激光器的基本结构由全光纤型器件组成,作为2μm波段全光纤激光增益介质的掺铥光纤、掺钬光纤、铥钬共掺光纤等。掺铥光纤作为最传统的2μm波段增益光纤,由于其光纤工艺较为成熟已被国内广泛应用。在应用方面,可调谐激光更具应用价值。本项目突破的2μm波段宽带可调谐光纤激光器关键技术包括掺Tm光纤泵浦效率的提高和宽带增益平坦性研究、宽带可调F-P光纤滤波器的设计与开发等,并开发了2μm波段宽带可调谐全光纤激光器实验样机。这是国内最早研制成功2μm波段宽带可调谐光纤激光器产品,为医疗、科研、大气传感、空间通信、激光雷达等领域提供更高性能的光源。 2.[1]技术原理 （1） 泵浦结构的优化设计 （2） 谐振腔结构的设计 （3） 2μm波段宽带滤波技术 [2]性能指标 （1） 输出激光波长：2μm波段; （2） 激光输出功率：≥50mW; （3） 效率：20%; （4） 边模抑制比：≥40dB; （5） 可调谐范围：≥100nm; （6） 增益不平坦性：≤3dB。 3.创新性与先进性 采用全光纤结构的带宽可调谐范围2μm波段激光器,调谐带宽超过100nm。 经查新对比,实验系统调谐范围可达190nm,并实现W级功率输出,调谐范围与输出功率综合性能优于国内外同类研究。 首次将本成果激光器样机用于空间激光通信863探索项目（超高速星间XXX传输技术）,实现了10Gbit/s激光通信信号调制,有利于长距离大气传输和保密通信。 实验样机经与国外同类产品比较,性能相似,国内无2μm波段可调谐激光器产品。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 激光器工作在人眼安全2μm波段,高功率泵浦光通过光纤熔接方式注入增益光纤,从本质上消除了输出激光及泵浦光对人眼及身体带来危险的问题。光纤激光器有较强抗电磁干扰能力。其输出性能不易受外界环境影响,输出激光线宽窄、功率抖动较小,波长稳定。掺铥光纤在2μm波段增益带宽超过500nm,通过采用可调谐F-P滤波器,可实现超过100nm的调谐范围,且输出波长范围可通过改变增益光纤长度优化,激光调谐步长可小于0.2nm,实现准连续可调。 5.应用情况及存在的问题 由于本产品研发成功之后,价格低廉,产品质量优异,因此三河市引航科技有限公司、长春市特锐科技有限公司、苏州龙格库塔光电科技有限公司和深圳市浩源光电技术有限公司先后与本课题组达成合作,在成果转换上取得了可观的经济效益。 存在问题： （1） 采用全光纤环形腔结构克服了外界环境对激光器性能影响并使系统更易集成,然而环形腔结构存在着转换效率低的问题,这限制了输出激光的功率,因此,在有限泵浦功率条件下优化转换效率、提高输出功率等问题仍需要在后续工作中进行深入的研究与探索。 （2） 输出激光稳定是决定激光器在实际应用中的性能好坏的重要因素,在本激光系统中关于波长漂移和功率抖动方面的稳定性优化环节,仍需要大量的后续工作对其进行完善,如采用饱和吸收体等光学方法或采用压电陶瓷的腔长补偿方法实现波长及功率稳定,同时仍需考虑系统的体积外观等因素,相关问题仍需深入研究与探索。