1.本发明涉及一种基于硫系光纤的中红外可调谐激光器，本发明还涉及一种应用该激光器产生可调谐中红外激光的方法。
背景技术：
2.中红外激光在导弹突防、大气遥感、环保、医疗及科学研究等方面拥有广阔的应用价值，已被众多国家列入未来核心科技。
3.基于掺稀土光纤的中红外激光器仅能工作于特定波长，目前还存在诸如材料提纯、光纤制备、光纤后处理等诸多技术瓶颈。目前报道的最长波长是ho
3+
掺杂氟化物inf3光纤产生的3.92 μm激光，且最高输出功率仅有200 mw。由于氟化物光纤声子能量限制和光纤潮解性的影响，目前采用掺杂光纤无法获得更长波长的中红外激光，而且氟化物光纤的潮解性和差化学稳定性也进一步限制了氟化物光纤激光器的发展。因此，寻找一种简便、高效且高稳定性的中红外激光实现方法依然是广大激光科研工作者的研究方向。目前常用的方法是利用无源光纤中的非线性来实现中红外激光的输出，主要包括级联拉曼效应、超连续谱和光纤光参量效应。其中，级联拉曼效应受材料拉曼谱宽限制，频移量较小；基于相位调制等效应产生的宽带光源整体功率偏低；而利用光纤光参量效应所产生的激光波长不受限制，该方法不仅继承了光纤激光器的高功率、散热性好、光束质量好、集成化的优势，同时也兼备光参量技术高增益、输出波长宽带可调谐和转换效率高的特点，为研制中红外激光器提供了新方法。
4.授权公告号为cn105428978b(申请号为201511015661.2)的中国发明专利《产生宽带可调的中红外波段激光的方法及光学参量振荡器》，其中公开的方法以as2se5三孔悬芯光纤作为参量放大的非线性增益介质，进而将泵浦源发出的泵浦光输入到单谐振激光腔内，使得as2se5三孔悬芯光纤中因四波混频产生相对于泵浦光波长更短的信号光与相对于泵浦光波长更长的闲频光，当信号光在单谐振激光腔内振荡并不断增强直至稳定值时，泵浦光单次通过as2se5三孔悬芯光纤所产生的闲频光也被放大并产生中红外激光输出。其中的方案通过优化as2se5三孔悬芯光纤结构尺寸，采用输出波长在2 μm附近并已经商用的掺铥光纤激光器作为四波混频过程的泵浦源。通过调节泵浦光波长从1 .9至2 μm，闲频光的调谐波长范围可覆盖2~5 μm，实现了宽带可调的中红外激光器。但是as2se5材料本身色散比较大，因此需要通过特殊结构来降低零色散，该方案中即采用了三孔结构，光纤的制备难度高，通用性差。并且由于as2se5三孔悬芯光纤的三角孔结构，泵浦光不易耦合进光纤内，进而不易激发四波混频效应。并且该方案中的谐振腔构件校准准度要求极高，且结构比较复杂，不易实现光纤激光器的集成化和小型化。
技术实现要素：
5.本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够提高光参量转换效率的中红外可调谐激光器，该中红外可调谐激光器结构简单、集成度高、功率高、
散热性好、光束质量好且波长宽带可调谐。
6.本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供前述中红外可调谐激光器的激光产生方法。
7.本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种基于硫系光纤的中红外可调谐激光器，包括能输出可调谐脉冲激光的泵浦源，用于传输泵浦源输出泵浦光的第一光纤，其特征在于：还包括作为增益介质的第二光纤、设置在第一光纤输出端上的第一镀膜层和设置在第二光纤输出端上的第二镀膜层，所述第一镀膜层和第二镀膜层构成激光谐振腔，所述第二光纤采用低零色散点硫卤光纤。
8.作为改进，所述第一光纤为石英光纤。
9.作为改进，所述第二光纤采用零色散波长在1.95 ~2 μm之间的硫卤光纤。
10.作为改进，所述泵浦源为波长在1.95 ~2 μm之间可调谐的可调谐脉冲激光器。
11.作为改进，所述第一镀膜层为对波长为1.95~2 μm的激光高透、对波长为1.2~1.5 μm的激光和波长为3~5 μm的激光高反的光学膜。
12.作为改进，所述第二镀膜层为对波长为1.2~1.5 μm的激光高反、对波长为3~5 μm的激光部分反射的光学膜。
13.本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种采用如权利要求1至6任一权利要求所述的硫系光纤的中红外可调谐激光器的中红外可调谐激光产生方法，其特征在于：将确定零色散波长的硫卤光纤作为增益介质，在确定零色散波长附近调谐泵浦源发出泵浦光的波长，泵浦光经过第一光纤输出并耦合进入激光谐振腔，泵浦光在激光谐振腔中因四波混频效应产生稳定波长的信号光和闲频光，闲频光被放大并产生中红外激光并自激光谐振腔输出。
14.为了进一步提高光参量转换效率，在调节泵浦源发出泵浦光波长的同时，调节泵浦源的重复频率和/或脉冲宽度，抑制受激拉曼和超连续谱这些非线性的产生。
15.作为改进，所述硫卤光纤的零色散波长为1.95 ~2 μm；在1.95 ~2 μm范围内调谐入射泵浦光的波长，实现3~5 μm中红外激光的可调谐输出。
16.作为改进，通过调整制备硫卤光纤的材料组分配比来实现第二光纤零色散波长的调整。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：该基于硫系光纤的中红外可调谐激光器，由于作为增益介质的第二光纤采用低零色散点硫卤光纤，其成本低，制作简单。并且配合第一镀膜层、第二镀膜层的设置方式形成结构简单的线性腔，结构更加灵活、简便，并且能够使得该中红外可调谐激光器结构更加紧凑。
18.而采用该中红外可调谐激光器的中红外可调谐激光产生方法，能够更好的实现相位匹配条件，提高光参量转换效率，输出激光功率高、光束质量好且波长宽度可调谐。
附图说明
19.图1为本发明实施例中基于硫系光纤的中红外可调谐激光器的结构图。
具体实施方式
20.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
21.如图1所示，本实施例中的基于硫系光纤的中红外可调谐激光器，包括泵浦源1、第一光纤2、第二光纤3、第一镀膜层4和第二镀膜层5。
22.其中泵浦源1采用现有技术中高峰值功率、且波长在1.95~2 μm之间可调谐的脉冲激光器。
23.第一光纤2用于输出泵浦源1的泵浦光，第一光纤2连接在泵浦源1的光源输出位置，本实施例中的第一光纤2采用石英光纤，该石英光纤可满足泵浦光的宽频带调节输出，并且石英光纤对泵浦光的损耗低，且具有强抗干扰能力，如此可实现泵浦光的可靠输出。该第一光纤2沿泵浦源1发出的泵浦光传播方向设置。
24.第二光纤3则采用低零色散点硫卤光纤，第二光纤3可以选用现有技术中任一种硫系光纤。制备该作为第二光纤3的硫卤光纤时，可以通过调整制备硫卤光纤的材料组分配比来实现第二光纤3零色散波长的调整，如此使得对该第二光纤3的零色散波长的调控更加精细。本实施例中第二光纤3采用零色散波长在1.95 ~2 μm之间的硫卤光纤。该第二光纤3对接在第一光纤2的延伸方向上，使得第二光纤3作为该中红外可调谐激光器中的增益介质使用。
25.每种硫卤光纤均对应着唯一的相位匹配曲线，即对于相同零色散波长的硫卤光纤，基于其内部材料组分配比不同，其与之能够满足相位匹配条件的泵浦光的波长也不同。
26.第一镀膜层4通过镀膜工艺设置在第一光纤2输出端上，第二镀膜层5通过镀膜工艺设置在第二光纤3输出端上，第一镀膜层4和第二镀膜层5构成线性的激光谐振腔，能够使得信号光在该激光谐振腔内循环振荡，提高光参量振荡转换效率。并且这种谐振腔的设置方式，结构更加简单，设置方式灵活，并且能够增加该中红外可调谐激光器的结构紧凑性。本实施例中，基于第二光纤3的零色散波长参数以及泵浦源1的波长可调谐范围，第一镀膜层4采用对波长为1.95~2 μm的激光高透、对波长为1.2~1.5 μm的激光和波长为3~5 μm的激光高反的光学膜。第二镀膜层5采用对波长为1.2~1.5 μm的激光高反、对波长为3~5 μm的激光部分反射的光学膜。
27.采用前述的硫系光纤的中红外可调谐激光器的中红外可调谐激光产生方法为：将1.95 ~2 μm零色散波长范围内的确定零色散波长的硫卤光纤作为增益介质，在确定零色散波长附近，在1.95 ~2 μm范围内调谐入射泵浦光的波长，泵浦光经过第一光纤2输出并耦合进入激光谐振腔，泵浦光在激光谐振腔中因四波混频效应产生稳定波长的信号光和闲频光，闲频光被放大并产生中红外激光并自激光谐振腔输出，具体能够实现3~5 μm中红外激光的可调谐输出。其中在调节泵浦源1发出泵浦光波长的同时，调节泵浦源1的重复频率和/或脉冲宽度，抑制受激拉曼和超连续谱这些非线性的产生，能够进一步提高光参量转换效率。
28.基于该方法，进行以下的实验。
29.实验一：利用该方法产生3 μm的中红外激光。
30.采用零色散波长为2 μm的硫卤光纤作为增益介质，泵浦源1的泵浦光通过石英光纤的第一镀膜层4输出，进而通过空间耦合的方式入射到硫卤光纤中。微调谐泵浦光输出的泵浦光的波长为2 μm时满足相位匹配条件，同时调整泵浦源1的脉宽和重复频率，进而使得
波长为1.5 μm的信号光和波长为3 μm的闲频光在谐振腔内振荡，而波长为3 μm的闲频光通过硫卤光纤的第二镀膜层5输出，最终实现波长为3 μm的中红外激光输出。
31.实验二：利用该方法产生3.5 μm的中红外激光。
32.采用零色散波长为2 μm的硫卤光纤作为增益介质，泵浦源1的泵浦光通过石英光纤的第一镀膜层4输出，进而通过空间耦合的方式入射到硫卤光纤中。微调谐泵浦光输出的泵浦光的波长为1.98 μm时满足相位匹配条件，同时调整调整泵浦源1的脉宽和重复频率，进而使得波长为1.38 μm的信号光和波长为3.5 μm的闲频光在谐振腔内振荡，而波长为3.5 μm的闲频光通过硫卤光纤的第二镀膜层5输出，最终实现波长为3.5 μm的中红外激光输出。
33.实验三：利用该方法产生4 μm的中红外激光。
34.采用零色散波长为2 μm的硫卤光纤作为增益介质，泵浦源1的泵浦光通过石英光纤的第一镀膜层4输出，进而通过空间耦合的方式入射到硫卤光纤中。微调谐泵浦光输出的泵浦光的波长为1.97 μm时满足相位匹配条件，同时调整调整泵浦源1的脉宽和重复频率，进而使得波长为1.31 μm的信号光和波长为4 μm的闲频光在谐振腔内振荡，而波长为4 μm的闲频光通过硫卤光纤的第二镀膜层5输出，最终实现波长为4 μm的中红外激光输出。
35.实验四：利用该方法产生4.56 μm的中红外激光。
36.采用零色散波长为2 μm的硫卤光纤作为增益介质，泵浦源1的泵浦光通过石英光纤的第一镀膜层4输出，进而通过空间耦合的方式入射到硫卤光纤中。微调谐泵浦光输出的泵浦光的波长为1.96 μm时满足相位匹配条件，同时调整调整泵浦源1的脉宽和重复频率，进而使得波长为1.25 μm的信号光和波长为4.56 μm的闲频光在谐振腔内振荡，而波长为4.56 μm的闲频光通过硫卤光纤的第二镀膜层5输出，最终实现波长为4.56 μm的中红外激光输出。
37.实验五：利用该方法产生5.02 μm的中红外激光。
38.采用零色散波长为2 μm的硫卤光纤作为增益介质，泵浦源1的泵浦光通过石英光纤的第一镀膜层4输出，进而通过空间耦合的方式入射到硫卤光纤中。微调谐泵浦光输出的泵浦光的波长为1.95 μm时满足相位匹配条件，同时调整调整泵浦源1的脉宽和重复频率，进而使得波长为1.21 μm的信号光和波长为5.02 μm的闲频光在谐振腔内振荡，而波长为5.02 μm的闲频光通过硫卤光纤的第二镀膜层5输出，最终实现波长为5.02 μm的中红外激光输出。
39.基于以上实验可知，波长在1.95 ~2 μm范围可调谐的泵浦源1的工作参数为：最高输出功率为8 w，脉宽最窄为25ps，重复频率最高为20 mhz。
40.信号光的波长在1.2 ~1.5 μm范围内，闲频光的波长在3 ~5 μm范围内，信号光的光子能量是闲频光光子能量的2.5~3.3倍，即信号光的输出功率大约是闲频光的2.5~3.3倍。如果泵浦光被完全抽运，则从泵浦光转换成闲频光的理论效率值大约为23.3~28.6%，即使考虑到在实验过程中的各类材料损耗、耦合损耗、传输损耗等，泵浦光转换成闲频光的效率值大于10％是可行的。当1.95 ~2 μm的泵浦光功率为8 w，转换效率为10%时，可得0.8 w的波长为3 ~5 μm的中红外可调谐激光输出，激光的输出功率高。