本发明涉及中红外激光，具体是一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源。
背景技术：
1、3～5μm中红外波段是一个极特殊的电磁波谱区间，它不仅覆盖着众多分子与原子的本征吸收峰，同时还是大气透明窗口之一。此波段的超短脉冲激光器在通信、生物医疗、国防等众多领域都具有很大的应用前景。
2、由于3～5μm波段中红外激光与重要的大气透射窗口重叠，在大气中传播时，该波段激光具有较低的衰减，因此相干光通信、自由空间通信进一步发展都依赖于高质量的3～5μm超短脉冲激光器。在生物医疗方面，相较于3μm波段的连续激光，超短脉冲激光产生的光机械作用能够在各种软组织中产生更好的切除边界(即更少的碳化和最少的细胞死亡)，可以以最小的附带损伤消融富含脂质的组织、骨骼和含蛋白质的组织。在国防领域，超短脉冲源能传播更长距离，大气传输临界功率限制更小，在高峰值功率定向武器系统中表现出巨大的潜力；此外，中红外波段制导导弹的灵敏度和抗干扰性在不断增强，使它具有更大的射程，利用该波段探测器能进行有效干扰及完全致盲，抑制第四代凝视成像制导的威胁。
3、目前，在光纤激光器中，产生3～5μm超短脉冲激光的方法主要有两个大类，一类是针对基于掺稀土离子光纤直接激射法产生的连续激光做锁模调制。另一类是拉曼孤子自频移，利用光纤中的拉曼效应实现脉冲内拉曼散射和波长连续红移，进而实现该波段内的波长调谐输出。然而基于拉曼孤子自频移的激光器的种子源通常是不同输出波长的稀土离子掺杂光纤激光器，且最终输出功率低、调谐不方便，应用前景不佳。基于掺稀土离子光纤的直接激射法产生超短脉冲激光理论上可以获得极高的峰值功率和较大的平均功率。在3～5μm波段，常用于激光产生的增益稀土离子主要有dy3+、er3+和ho3+，它们的不同能级跃迁过程分别对应不同波长的辐射带，这三种离子的辐射带几乎可以覆盖整个3～4.5μm的波长区间，虽然也存在稀土离子的辐射带处于4.5～5μm波段，如铽离子(tb3+)的7f5→7f6跃迁过程(对应辐射波长：4.7μm)，但这种元素还未能实现在拉制光纤中的掺杂。掺er3+氟化物光纤中，更高能级的4f9/2→4i9/2跃迁在3.5μm具有强辐射带。在掺ho3+氟化物光纤中，5i5→5i6是已知对应输出波长最长的跃迁过程，其辐射波长为3.9μm，但国际上目前仅一例连续激光器。此外，掺ho3+氟化物光纤中的5s2→5f5跃迁可以实现3.22μm的激光激射。掺dy3+氟化物玻璃中，6h13/2→6h15/2这一跃迁过程所对应的辐射带几乎可以覆盖2.5～3.4μm。对于掺dy3+氟化物玻璃中6h11/2→6h13/2的跃迁过程，理论上可以实现4.3μm的激光辐射，但目前国际上还未能在光纤中实现激光输出。鉴此，欲实现高峰值功率、高平均功率的3～5μm锁模激光器，基于掺er3+氟化物光纤的直接激射法是最优选择。作为实现3～5μm激光的基础，通过频移、调谐3.5μm激光即可获得3～5μm激光。然而，产生3.5μm激光常用的1981nm级联976nm的双波长泵浦方案极大的提高了整个激光谐振腔的精密性要求，采用npr(非线性偏振旋转)锁模固然能获得稳定锁模脉冲，但是搭建难度极大，目前国际上仅21年一篇实际成果，且过于精密的系统结构限制了它的应用可能。而采用材料锁模，一则难以获得稳定的锁模脉冲，材料的弛豫问题始终难以解决，二是材料锁模很难自启动，调节过程又非常慢，难以应用化。因此，实现高功率的3.5μm锁模脉冲输出仍然是亟待解决的一大难题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其在应用时能够获得高功率的3.5μm锁模脉冲输出，同时，由于其线型腔结构大大降低了激光器的结构复杂度，保证了高功率输出时的系统稳定性，提高了其应用化的可能性。
2、本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
3、一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，包括顺次连接的超连续泵浦源、inf光纤、第一透镜、二色镜、离轴、掺er3+氟化物光纤，连接至二色镜的包层泵浦源，以及连接于二色镜和包层泵浦源之间的第二透镜；其中，所述超连续泵浦源用于产生1.9～2.3μm超连续泵浦激光；所述inf光纤用于将1.9～2.3μm超连续泵浦激光的截止波长扩展至3.6μm，实现1.9～3.6μm超连续泵浦激光输出；所述第一透镜用于对1.9～3.6μm超连续泵浦激光准直；所述包层泵浦源用于产生976nm泵浦激光；所述第二透镜用于对976nm泵浦激光准直；所述二色镜用于对1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光进行合束；所述离轴用于对1.9～3.6μm超连续泵浦激光纤芯耦合和对976nm泵浦激光包层耦合；所述掺er3+氟化物光纤用于通过受激辐射产生3.5μm锁模脉冲。
4、在本技术中，超连续泵浦源和包层泵浦源作为激光输出源，分别输出1.9～2.3μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光，掺er3+氟化物光纤作为输出端输出3.5μm锁模脉冲，inf光纤设置于1.9～2.3μm超连续泵浦激光的输出光路上，将1.9～2.3μm超连续泵浦激光的截止波长扩展至3.6μm，并输出1.9～3.6μm超连续泵浦激光，第一透镜设置于1.9～3.6μm超连续泵浦激光的输出光路上对该超连续泵浦激光进行准直，第二透镜设置于976nm泵浦激光的输出光路上对该泵浦激光进行准直，二色镜设置于1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光共同的输出光路上对1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光进行合束，离轴设置于二色镜和掺er3+氟化物光纤之间，对合束后的1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光进行无色差的聚焦耦合，并将其输入进掺er3+氟化物光纤中。本技术在实施时，超连续泵浦源通过种子源经过多级放大器和非线性光纤进行功率放大和展宽，输出1.9～2.3μm超连续泵浦激光，输出的1.9～2.3μm超连续泵浦激光经inf光纤后其截止波长被扩展至3.6μm，从而输出1.9～3.6μm超连续泵浦激光，并经第一透镜准直后输出至二色镜处，同时，包层泵浦源输出976nm泵浦激光，该976nm泵浦激光经第二透镜准直后输出至二色镜，此时，1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光在二色镜处合束，并通过离轴无色差的聚焦耦合进掺er3+氟化物光纤中，其中，1.9～3.6μm超连续泵浦激光在离轴处作纤芯耦合，976nm泵浦激光在离轴处作包层耦合。
5、当1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光耦合进掺er3+氟化物光纤后，在掺er3+氟化物光纤中，基态er3+离子受到976nm泵浦激光泵浦，从4i15/2能级跃迁至4i11/2能级，再通过吸收1.9～3.6μm超连续泵浦激光中的2μm泵浦光子，从4i11/2能级跃迁至4f9/2能级，当er3+离子在从4f9/2能级跃迁至4i9/2能级的过程中，发射3.5μm激光，er3+离子再从4i9/2能级跃迁回到4i11/2能级，由于4i11/2能级寿命长，可将其理解为一个虚拟基态能级，从而在4i11/2能级与4f9/2能级之间形成了稳定的粒子循环。又因为超连续谱纤芯泵浦中的3.5μm锁模脉冲的存在，受激辐射产生的激光也是锁模脉冲，从而稳定消耗1.9～3.6μm超连续泵浦激光中2μm波长能量，放大了3.5μm波长的锁模脉冲，从而输出3.5μm锁模脉冲。
6、进一步的，所述第一透镜对1.9～3.6μm超连续泵浦激光高透。
7、进一步的，所述第二透镜对976nm泵浦激光高透。
8、进一步的，所述二色镜对1.9～3.6μm超连续泵浦激光高透，对976nm泵浦激光高反。
9、进一步的，所述离轴对1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光均高反。
10、进一步的，一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，还包括第一aif3端帽，所述第一aif3端帽连接于inf光纤和第一透镜之间，用于防止inf光纤输出端面在潮湿空气中因2.8μm的水汽吸收而损坏。
11、进一步的，一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，还包括第二aif3端帽和第三aif3端帽，所述第二aif3端帽连接于离轴和掺er3+氟化物光纤，所述第三aif3端帽连接于掺er3+氟化物光纤相对连接第二aif3端帽的另一端，所述第二aif3端帽和第三aif3端帽均用于提高掺er3+氟化物光纤端面的损伤阈值。
12、进一步的，一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，还包括第三透镜，所述第三透镜连接于掺er3+氟化物光纤相对连接离轴的另一端，所述第三透镜对3.5μm锁模脉冲高透，用于对3.5μm锁模脉冲准直。
13、进一步的，一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，还包括滤波片，所述滤波片对3.5μm锁模脉冲高透，用于滤除残余的泵浦光。
14、进一步的，所述滤波片为3.5μm窄带带通滤波片。
15、综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过1.9～3.6μm平坦超连续谱激光源纤芯泵浦结合976nm包层泵浦源包层泵浦掺er3+氟化物光纤的方式来放大其中的3.5μm锁模脉冲，进而在滤波后产生稳定的高功率3.5μm锁模脉冲输出，通过其线型腔结构大大降低了激光器的结构复杂度，保证了高功率输出时的系统稳定性，提高了其应用化的可能性。
1.一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，包括顺次连接的超连续泵浦源(1)、inf光纤(2)、第一透镜(5)、二色镜(7)、离轴(8)、掺er3+氟化物光纤(10)，连接至二色镜(7)的包层泵浦源(3)，以及连接于二色镜(7)和包层泵浦源(3)之间的第二透镜(6)；其中，
2.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，所述第一透镜(5)对1.9～3.6μm超连续泵浦激光高透。
3.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，所述第二透镜(6)对976nm泵浦激光高透。
4.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，所述二色镜(7)对1.9～3.6μm超连续泵浦激光高透，对976nm泵浦激光高反。
5.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，所述离轴(8)对1.9～3.6μm超连续泵浦激光和976nm泵浦激光均高反，且无色差。
6.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，还包括第一aif3端帽(4)，所述第一aif3端帽(4)连接于inf光纤(2)和第一透镜(5)之间，用于防止inf光纤(2)输出端面在潮湿空气中因2.8μm的水汽吸收而损坏。
7.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，还包括第二aif3端帽(9)和第三aif3端帽(11)，所述第二aif3端帽(9)连接于离轴(8)和掺er3+氟化物光纤(10)，所述第三aif3端帽(11)连接于掺er3+氟化物光纤(10)相对连接第二aif3端帽(9)的另一端，所述第二aif3端帽(9)和第三aif3端帽(11)均用于提高掺er3+氟化物光纤(10)端面的损伤阈值。
8.根据权利要求1所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，还包括第三透镜(12)，所述第三透镜(12)连接于掺er3+氟化物光纤(10)相对连接离轴(8)的另一端，所述第三透镜(12)对3.5μm锁模脉冲高透，用于对3.5μm锁模脉冲准直。
9.根据权利要求8所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，还包括滤波片(13)，所述滤波片(13)对3.5μm锁模脉冲高透，用于滤除残余的泵浦光。
10.根据权利要求9所述的一种高功率3.5μm锁模脉冲激光源，其特征在于，所述滤波片(13)为3.5μm窄带带通滤波片。
