光纤激光泵浦方法和结构及太阳光泵浦3微米光纤激光器

本发明属于光纤激光器领域，具体涉及一种光纤激光泵浦方法，另外，本发明还涉及一种光纤激光泵浦结构，此外，本发明还涉及一种太阳光泵浦3微米光纤激光器。

背景技术：

1、太阳光是一种连续宽光谱光源，其辐射谱中含有许多常用的激光泵浦吸收带，将聚焦高能量密度的太阳光耦合到激光介质中，对激光介质进行泵浦以实现激光输出，这类激光器即为太阳光泵浦激光器。

2、目前，太阳光泵浦的光纤激光器一般采用太阳光直接泵浦方式，需要大尺寸的太阳光聚焦透镜或凹面反射镜系统，同时为了把太阳光聚焦耦合进小芯径光纤，还必须采用高精度的太阳光跟踪系统来保持聚焦光斑与光纤端面的重合，因而导致太阳光泵浦的光纤激光器不仅系统结构复杂、体积庞大而且造价昂贵，不利于推广应用。

3、虽然有的太阳光泵浦光纤激光器也会采用太阳光侧面泵浦方式，但是这种方式又因为太阳光谱与光纤吸收谱重叠程度低、吸收效率极低，而难以实现高效的能量转换。

4、因此，面对太阳光的宽光谱、大发散角、低光束质量等特性，要实现较高能量转换效率的太阳光泵浦光纤激光器，同时又需要降低系统的复杂程度和造价、使输出激光具备高光束质量和高稳定性仍然具有技术挑战性。

技术实现思路

1、基于上述背景问题，本发明旨在提供一种光纤激光泵浦方法，能够提高太阳光的吸收率，进而提升能量转换效率；本发明的另一目的是提供一种光纤激光泵浦结构和太阳光泵浦3微米光纤激光器，具有结构精简，能量转换效率高的优势。

2、为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供的技术方案是：

3、光纤激光泵浦方法，包括以下步骤：

4、通过无色量子点薄膜吸收太阳光并并辐射出970-990nm的窄带辐射光，970-990nm的窄带辐射光被掺铒光纤吸收；

5、未被吸收的970-990nm的窄带辐射光被反射共振增强和散射，以增加与掺铒光纤的接触面积；未被吸收的太阳光被散射，以增加被无色量子点薄膜吸收并辐射970-990nm的窄带辐射光的效率。

6、另一方面，本发明实施例提供一种光纤激光泵浦结构，包括：

7、无色量子点薄膜，用于吸收太阳光并辐射出970-990nm的窄带辐射光；

8、掺铒光纤，设置在所述无色量子点薄膜的下方，用于吸收970-990nm的窄带辐射光；

9、玻璃微球，设置在所述掺铒光纤的下方，用于散射未被吸收的970-990nm的窄带辐射光和未被吸收的太阳光；

10、反射腔，用于对未被吸收的970-990nm的窄带辐射光进行反射共振增强。

11、在一个实施例中，所述反射腔由顶面双色镜、底面全反镜以及侧面反射器合围而成，所述反射腔内设有所述无色量子点薄膜、掺铒光纤以及玻璃微球。

12、进一步地，所述顶面双色镜为平面介质镜，所述顶面双色镜的上表面设有增透膜，以对小于800nm波长的光进行增透，所述顶面双色镜的下表面还设有高反膜，以对大于800nm波长的光进行反射。

13、进一步地，所述底面全反镜为宽带反射镜，且所述底面全反镜对波长400-1100nm的光的反射率大于97％。

14、进一步地，所述侧面反射器设有漫反射表面，所述漫反射表面可采用磨毛的铜或铝形成。

15、在一个实施例中，所述无色量子点薄膜由量子点和聚合物融合而成；所述量子点为核壳结构的cuinses/zns量子点，所述聚合物为聚甲基丙烯酸月桂酯。

16、进一步地，所述量子点的质量百分比为0.2-0.5％，所述量子点的粒径为4-6nm。

17、在一个实施例中，所述掺铒光纤盘绕设置在玻璃板上，且所述掺铒光纤为双包层氟化物光纤。

18、第三方面，本发明实施例提供一种太阳光泵浦3微米光纤激光器，包括前腔镜、后腔镜以及上述的光纤激光泵浦结构；

19、所述前腔镜设置在所述反射腔的外侧，且与所述掺铒光纤连接，所述前腔镜为反射率大于70％的介质镜，用于作为光纤激光器的耦合输出镜；

20、所述后腔镜设置在所述反射腔的外侧，且与所述掺铒光纤连接，所述后腔镜为反射率大于98％的介质镜，用于作为光纤激光器的激光反馈镜。

21、与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下效果：

22、1、本发明的光纤激光泵浦方法采用无色量子点薄膜对太阳光进行吸收，无色量子点薄膜辐射出的窄带辐射光与掺铒光纤的吸收峰高度重合，有利于提高泵浦光的吸收效率；未被吸收的窄带辐射光被反射共振增强和散射，可以增加与光纤的接触面积，进一步提高泵浦光的吸收效率，同时未被吸收的太阳光被散射后被无色量子点薄膜进一步吸收并辐射出窄带辐射光，从而增强了量子点辐射出光的效率，进而提升能量转换效率。

23、2、本发明的光纤激光泵浦结构包括无色量子点薄膜、掺铒光纤、玻璃微球以及反射腔，无需设置大型的太阳光聚光系统和高精度的太阳光跟踪系统，具有结构精简，能够降低成本的优势。

24、3、本发明的无色量子点薄膜由量子点和聚合物融合而成，量子点为核壳结构的cuinses/zns量子点，聚合物膜为聚甲基丙烯酸月桂酯，该量子点对小于800nm波段的太阳光高吸收，同时辐射出970-990nm的窄带辐射光。

25、4、本发明的掺铒光纤盘绕固定在玻璃板上，可以提高吸收率；本发明通过玻璃微球的设置，可以对量子点辐射的窄带辐射光形成随机散射，从而增强辐射光与掺铒光纤的重叠面积，提高光纤对辐射光的吸收；同时玻璃微球还可以对未吸收的太阳光进行散射，也增强量子点对太阳光的吸收效率。

26、5、本发明的太阳光泵浦3微米光纤激光器包括前腔镜、后腔镜和光纤激光泵浦结构，前腔镜和后腔镜均为高反腔镜，能够提升谐振腔的品质因子，增益光纤在获取足够增益的条件下产生受激辐射光放大，从而实现3μm中红外激光输出；激光输出功率和效率可以通过量子点浓度、量子点尺寸、掺铒光纤长度、铒掺杂浓度以及玻璃微球的尺寸和分布等参数进行调节。

27、6、本发明的太阳光泵浦3微米光纤激光器可以输出3μm中红外光纤激光，在空间通信、中红外激光干扰和对抗等领域具有重要应用价值。

技术特征：

1.光纤激光泵浦方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.光纤激光泵浦结构，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述反射腔由顶面双色镜、底面全反镜以及侧面反射器合围而成，所述反射腔内设有所述无色量子点薄膜、掺铒光纤以及玻璃微球。

4.根据权利要求3所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述顶面双色镜为平面介质镜，所述顶面双色镜的上表面设有增透膜，以对小于800nm波长的光进行增透，所述顶面双色镜的下表面还设有高反膜，以对大于800nm波长的光进行反射。

5.根据权利要求3所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述底面全反镜为宽带反射镜，且所述底面全反镜对波长400-1100nm的光的反射率大于97％。

6.根据权利要求3所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述侧面反射器设有漫反射表面，所述漫反射表面可采用磨毛的铜或铝形成。

7.根据权利要求2所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述无色量子点薄膜由量子点和聚合物融合而成；所述量子点为核壳结构的cuinses/zns量子点，所述聚合物为聚甲基丙烯酸月桂酯。

8.根据权利要求7所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述量子点的质量百分比为0.2-0.5％，所述量子点的粒径为4-6nm。

9.根据权利要求2所述的光纤激光泵浦结构，其特征在于，所述掺铒光纤盘绕设置在玻璃板上，且所述掺铒光纤为双包层氟化物光纤。

10.太阳光泵浦3微米光纤激光器，其特征在于，包括前腔镜、后腔镜以及权利要求2-9任一所述的光纤激光泵浦结构；

技术总结
本发明提供一种光纤激光泵浦方法和结构及太阳光泵浦3微米光纤激光器，属于光纤激光器领域，光纤激光泵浦方法包括以下步骤：通过无色量子点薄膜吸收太阳光并辐射出970‑990nm的窄带辐射光，970‑990nm的窄带辐射光被掺铒光纤吸收；未被吸收的970‑990nm的窄带辐射光被反射共振增强和散射，以增加与掺铒光纤的接触面积；未被吸收的太阳光被散射，以增加被无色量子点薄膜吸收并辐射的效率。光纤激光泵浦结构包括无色量子点薄膜、掺铒光纤、玻璃微球以及反射腔。太阳光泵浦3微米光纤激光器包括前腔镜、后腔镜以及所述光纤激光泵浦结构。本发明的光纤激光泵浦方法可以提高泵浦光的吸收效率，进而提升能量转换效率。

技术研发人员：李凤
受保护的技术使用者：上海电子信息职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16