本發(fā)明屬于激光，具體涉及一種高偏振斜率效率可調(diào)的中紅外光纖激光器。

背景技術(shù)：

1、近年來，針對2.1微米光纖激光器的開發(fā)工作已得到了廣泛而深入的研究。憑借tm3+離子的寬發(fā)射帶特性，一方面，tm摻雜全光纖激光器已成功覆蓋1925納米至2200納米的波長范圍，展現(xiàn)出超過42％的斜率效率以及約40分貝的放大自發(fā)輻射(ase)抑制能力，特別是在接近2100納米的波長處表現(xiàn)優(yōu)異。另一方面，ho摻雜光纖激光器的發(fā)射截面更有利于較長波長的激光輸出，并已成功實現(xiàn)至2171納米的激光發(fā)射。其中，ho摻雜光纖激光器在2116納米波長處展現(xiàn)出最高的效率，斜率效率達到43％，ase抑制超過50分貝。然而，截至目前，在該波長范圍內(nèi)，仍缺乏能夠直接從激光腔輸出偏振光的高效激光器。鑒于偏振片存在的插入損耗、帶寬限制(通常在2微米附近約為50納米)以及作為光纖化元件的低可用性，其使用應盡可能避免。相反，高質(zhì)量的偏振光應直接從激光腔中產(chǎn)生。此外，全光纖化及簡潔的腔體設計是實現(xiàn)長期穩(wěn)定性、高效功率處理以及緊湊性的理想方案。

2、固態(tài)激光器、氣體激光器及光纖激光器等連續(xù)光激光器均可產(chǎn)生3.7至4.8微米波段的輻射輸出。相較于其他技術(shù)，光纖激光器展現(xiàn)出體積小、集成度高、魯棒性優(yōu)良及能效顯著等優(yōu)勢。在此波段內(nèi)，光纖激光器的選擇包括基于軟玻璃的級聯(lián)拉曼激光器、基于反諧振光纖的級聯(lián)拉曼激光器、基于氣體輻射的反諧振激光器，以及基于稀土元素電子反轉(zhuǎn)機制的軟玻璃光纖激光器。此外，晶體光纖，尤其是fe2+摻雜的znse，也被視為一種具有潛力的優(yōu)異增益介質(zhì)。相較于依賴非線性效應實現(xiàn)激光輻射的方法，受激輻射激光器憑借激發(fā)態(tài)較長的能級壽命，能夠在高能級上累積能量，從而實現(xiàn)在連續(xù)光與高能脈沖之間運行狀態(tài)的靈活切換。此外，受激輻射光纖激光器無需額外的中紅外非線性光纖，有效降低了系統(tǒng)的復雜性。然而，受限于基材的多聲子弛豫、光纖拉制工藝、增益介質(zhì)濃度以及激發(fā)態(tài)輻射效率等因素，高效且高能的4微米波段激光器的研發(fā)在全球范圍內(nèi)仍面臨巨大挑戰(zhàn)，該波段甚至被譽為“4微米的歷史性波長壁壘”。

3、雙波長泵浦技術(shù)作為一種有效提升激光效率的手段，能夠降低量子虧損并增強激光器的輸出功率。采用雙波長泵浦方案的摻鉺氟化物光纖激光器，其輸出波長可在3.4至3.8微米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，并實現(xiàn)5.6瓦的輸出功率及26％的斜率效率。通過優(yōu)化諧振腔結(jié)構(gòu)、光纖長度及摻雜濃度，該方案的最大激光效率可達38％。若需進一步提升輸出功率，則需將纖芯泵浦方案轉(zhuǎn)換為包層泵浦方案，以避免對纖芯造成損傷。然而，由于c-h鍵與-oh鍵的共振頻率限制，2微米泵浦光僅能于纖芯中傳播，這限制了激光器功率的進一步提升。此外，鑒于當前摻雜氟化物光纖及相關(guān)器件的技術(shù)成熟度，4微米波段高偏振消光比的光纖激光器仍面臨較大挑戰(zhàn)。值得注意的是，高偏振消光比是連續(xù)激光器相干合束技術(shù)的重要先決條件；而當前技術(shù)水平將4微米波段連續(xù)激光器的輸出功率限制在10瓦以下，嚴重阻礙了4微米波段激光器在軍事與民用領(lǐng)域的應用。因此，需要提供一種新概念的高斜率效率、高偏振度的中紅外光纖激光器。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高偏振斜率效率可調(diào)的中紅外光纖激光器，采用光學耦合器構(gòu)建回路反射鏡，作為光纖激光器的輸出端口。通過偏振控制器調(diào)節(jié)回路反射鏡內(nèi)部光場的偏振狀態(tài)，實現(xiàn)0至100％連續(xù)可調(diào)的反射率，從而在所有泵浦功率下實現(xiàn)最大輸出功率，構(gòu)成拋物線型的斜率效率；光纖振蕩器另一側(cè)則由偏振敏感的高效率反射鏡構(gòu)成，從而使激光器具備高度偏振選擇性。本發(fā)明能夠有效利用非保偏光纖激光器諧振腔，沿快軸或慢軸實現(xiàn)超過99.997％消光比的線偏光激光輸出，或雙偏振功率相同的圓偏光輸出，為遙感或相干激光合成提供條件。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種高偏振斜率效率可調(diào)的中紅外光纖激光器，包括前置泵浦激光器fl、第一波分復用器wdm1、激光振蕩器和激光工作狀態(tài)監(jiān)控及控制器；

4、所述激光振蕩器包括偏振敏感反射鏡、增益光纖af、第二波分復用器wdm2、第一分光器、第二偏振控制器pc2、第一隔離器iso1、第一偏振控制器pc1和后置泵浦激光器bl；

5、所述激光工作狀態(tài)監(jiān)控及控制器包括第二隔離器iso2、第二分光器oc2、光譜儀osa、第一功率計pm1、第二功率計pm2、上位機dc和偏振分光器pbs；

6、所述前置泵浦激光器fl為增益光纖af，提供單模或多模泵浦激光，通過光纖p11，再通過偏振敏感反射鏡，由增益光纖af吸收；

7、所述增益光纖af沿兩個不同的方向p14和p21產(chǎn)生放大自發(fā)輻射；其中，p21方向的自發(fā)輻射通過第二波分復用器wdm2導入第一分光器；第一分光器將自發(fā)輻射能量分為p23和p24環(huán)路，兩個環(huán)路光場分別沿順時針和逆時針循環(huán)，并回到第一分光器，光場產(chǎn)生干涉效應，通過第二偏振器pc2，調(diào)整順時針和逆時針光場的偏振，改變光場干涉強度，從而實現(xiàn)環(huán)形鏡反射率0至a％的連續(xù)調(diào)節(jié)；

8、從第一分光器出來經(jīng)過干涉的反射光返回激光振蕩器，再次進入增益光纖af，此時自發(fā)輻射變?yōu)槭芗ぽ椛?，受激輻射?jīng)由p14方向進入第一偏振控制器，通過第一偏振控制器，調(diào)整受激輻射偏振；

9、偏振改變后的受激輻射入射偏振敏感反射鏡，通過調(diào)整偏振敏感反射鏡，將偏振敏感反射鏡的高反射波長與激光目標工作波長w1相對應附近的受激輻射與偏振敏感反射鏡強反射偏振ne相對應，增強w1的反射；

10、然后w1反射回增益光纖af，進一步放大的w1受激輻射經(jīng)過第二波分復用器wdm2，進入第一分光器，并再次被返回激光振蕩器內(nèi)；經(jīng)過多次振蕩，w1以窄線寬激光的形式經(jīng)過第一隔離器iso1，送入后續(xù)光路或應用；

11、一小部分激光功率經(jīng)過第一波分復用器wdm1，由第二隔離器iso2進入第二分光器oc2；oc2采用非等比列分光，少部分功率進入光譜儀osa，為上位機提供中紅外光纖激光器的光譜波長、噪音壓縮比、激光線寬參數(shù)，剩余大部分功率由偏振分光器pbs按照兩互相垂直偏振分光，分別進入功率計pm1和pm2；將兩個功率計讀數(shù)反饋至上位機dc，獲得激光器偏振狀態(tài)和偏振消光比；同時，利用功率計pm1和pm2總功率，結(jié)合偏振敏感反射鏡反射率，能夠推算出激光器的輸出功率；

12、根據(jù)上段獲取的參數(shù)，上位機連接第一偏振控制器pc1和第二偏振控制器pc2、調(diào)節(jié)兩個偏振控制器，優(yōu)化或控制激光器輸出狀態(tài)。

13、優(yōu)選地，所述單?；蚨嗄１闷旨す獾谋闷植ㄩL為790nm,1950nm或1550-1650nm。

14、優(yōu)選地，所述激光器面向中紅外波段，即2000nm及以上波長。

15、優(yōu)選地，所述分光器分光比若為50/50，則a最大為100％。

16、優(yōu)選地，所述一小部分激光功率指小于1％的激光功率。

17、優(yōu)選地，所述第二分光器oc2采用非等比列分光，占比為90/10。

18、本發(fā)明的有益效果如下：

19、本發(fā)明采用了光學耦合器構(gòu)建回路反射鏡，作為光纖激光器的輸出端口。通過偏振控制器調(diào)節(jié)回路反射鏡內(nèi)部光場的偏振狀態(tài)，實現(xiàn)0至100％連續(xù)可調(diào)的反射率，從而在所有泵浦功率下實現(xiàn)最大輸出功率，構(gòu)成拋物線型的斜率效率：即功率較低時，提高反射率，降低激光閾值，增加輸出功率；泵浦功率較低時，同步降低反射率，提高斜率效率，增加輸出功率。光纖振蕩器另一側(cè)則由偏振敏感的高效率反射鏡構(gòu)成，比如基于保偏光纖的布拉格光柵，從而使激光器具備高度偏振選擇性。此時，由于受激輻射的特性，激光振蕩器內(nèi)自發(fā)保持高偏振度，無需保偏光纖。此功能能夠大幅降低激光器腔內(nèi)光纖的制作難度，特別是用于3至5微米中紅外窗口的氟化物光纖。此獨特的諧振腔結(jié)構(gòu)，能夠有效利用非保偏光纖激光器諧振腔，沿快軸或慢軸實現(xiàn)超過99.997％消光比的線偏光激光輸出，或雙偏振功率相同的圓偏光輸出，為遙感或相干激光合成提供條件。