CN103825169A - 一种基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器 - Google Patents

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董新永
王鹿鹿
朱磊
杨菁怡
刘晓航
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Abstract

本发明涉及一种基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器，属于光纤激光器技术领域，包括泵浦光源、波分复用器、刻有随机相移光栅的铒镱共掺光纤、前向FC／APC光纤输出端及后向FC／APC光纤输出端。本发明将随机相移光纤光栅直接刻写在铒镱共掺光纤上，构成随机反馈光学谐振机制，利用铒镱共掺光纤的受激辐射进行增益放大。本发明具有光纤长度较短、阈值功率较低、转化效率较高的特点，适用于远距离通信、光纤传感等领域。

Description

一种基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器
技术领域
本发明具体涉及一种基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器，属于激光器技术领域。
技术背景
随机激光器作为一种新颖的微型激光器在许多应用领域发挥着传统激光器无可替代的作用，例如作为平面显示器的光源、微结构光纤的光源、流体检测信号光等；另外，它结构紧凑、功能独特，因此，人们对它的研究越来越多。但是，由于谐振腔在介质中的分布是随机的，所以其存在着复杂的脉冲特性及辐射对角度的依赖性等缺点。因而，在某些检测领域应用时必须改进其光谱特性，才能挑战传统激光器的优异性能。
近年来，人们利用低维随机系统结构(如光纤)可以改善随机激光器的上述不足。2007年Matos等报道了第一台光纤随机激光器，通过在光子带隙光纤的纤芯中填充TiO2纳米颗粒，在侧面泵浦光子带隙光纤情况下，成功地实现了一维随机激光输出，在一定程度上确保了激光光束的方向性。但该方法技术难度大，不容易实现。
利用光纤中的本征无序性来改善随机激光的属性(单色性、方向性)是目前国外学者研究的热点课题。2010年4月，Turitsyn等利用光纤中的瑞利散射效应作为反馈机制，成功实现了激光的输出，并首次将其命名为随机分布反馈光纤激光器。它能提供空间不相干的、无模式竞争的连续激光输出，但它具有阈值功率高、转化效率低、输出功率低及光纤长度太长等缺点。后来，人们又提出将光纤光栅的反射效应与光纤的分布式瑞利散射效应相结合，构成分布式的随机反馈光学谐振腔，并利用受激拉曼散射效应对光进行增益放大，提供了一种阈值功率低、转化效率高、光纤长度相对短的随机分布反馈光纤激光器，但是这种光纤激光器的光纤长度还是在公里级别。
在掺饵光纤上刻写随机阵列光栅，利用掺铒光纤对光进行增益放大，同时利用随机阵列光栅构成的随机谐振腔可以获得随机激光产生，但是这种随机阵列光栅不易刻写，增加了制作难度。此后，人们又提出在掺饵光纤上直接刻写随机相移光栅，利用掺铒光纤对光进行增益放大，同时利用随机相移光栅构成随机反馈光学谐振腔，实现了随机激光的产生，但是光纤长度仍然长达几十厘米。中国专利公告号CN102354900A，公告日2012年2月15日，名称为“一种随机分布反馈光纤激光器”公开了采用双泵浦方式实现随机分布反馈光纤激光器，采用较长的掺铒光纤，成本较高。中国专利公告号CN103378538A，公告日2013年10月30日，名称为“一种半开放腔的低阈值随机光纤激光器”公开了利用单泵浦、半开放腔方式实现随机激光器，但在结构中仍需要数公里的长单模光纤。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出将随机相移光纤光栅直接刻写在铒镱共掺光纤上，构成了随机反馈光学谐振机制，利用铒镱共掺光纤的受激辐射进行增益放大，提供了一种光纤长度极短、阈值功率低、转化效率高的光纤激光器。
本发明的技术解决方案如下：
基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器，包括泵浦光源、波分复用器、刻有随机相移光栅的铒镱共掺光纤、前向FC／APC光纤输出端和后向FC／APC光纤输出端。其中随机相移光栅直接刻写在铒镱共掺光纤上；波分复用器包括三个端口，端口2-1与泵浦激光器相连，端口2-2与刻有随机相移光栅的铒镱共掺光纤相连，端口2-3与后向FC／APC光纤输出端相连；铒镱共掺光纤的另一端为前向FC／APC光纤输出端。
本发明的工作原理：泵浦光源发出的泵浦光束通过波分复用器耦合进入刻有随机相移光栅的铒镱共掺光纤，进入随机相移光栅后，由于法布里珀罗效应，在随机相移光栅内部形成随机谐振机制。Er3+吸收泵浦光能量后，从基态跃迁到激发态，很快以无辐射方式跃迁到亚稳态能级，Er3+离子在亚稳态的寿命较长，因此能够逐渐积累，实现粒子数反转。同时，Yb3+具有广泛的吸收频谱(800nm-1100nm)，可以提供更大的泵浦吸收和更大的增益。发生C波段自发辐射的同时也会引发同频受激辐射，使Er3+从亚稳态跃迁到基态，对该波段进行光放大，当泵浦光功率及光纤长度满足一定条件时，激光器的增益抵消损耗，根据随机相移光栅的波长选择，最终实现特定波长的激光稳定输出。
本发明将随机相移光纤直接刻写在掺杂光纤上，极大程度上缩短了光纤长度；利用铒镱共掺光纤的特性实现降低泵浦功率阈值、提高激光输出功率的目的。本发明具有结构简单、制作方便、成本较低、性能优异等优点。
附图说明
图1是一种基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步描述，但不限于此。
本发明实施例如图1所示包括980nm泵浦光源1,980／1550nm波分复用器2，中心波长为1550nm随机相移光栅3，铒镱共掺光纤4，前向FC／APC光纤输出端5，后向FC／APC光纤输出端6。其特征在于随机相移光栅3直接刻写在铒镱共掺光纤4上；波分复用器包括三个端口，端口2-1与泵浦激光器1相连，端口2-2与刻有随机相移光栅3的铒镱共掺光纤4相连，端口2-3与后向激光输出端6相连；铒镱共掺光纤4的另一端为前向激光输出端5；激光由前向FC／APC光纤输出端5或后向FC／APC光纤输出端6输出。在该激光器的输出端与跳线和光谱仪或光功率计相连后，可以观测到输出激光的光谱及功率特性。
其中，980nm泵浦光源1是半导体连续激光器，中心波长为980nm，光谱带宽为0.9nm；随机相移光栅3长度为2.5cm，中心波长为1550nm，3dB带宽为0.02nm；铒镱共掺光纤4长度为4cm。

Claims (1)

1.一种基于掺杂光纤随机相移光栅的光纤激光器，包括泵浦光源1、波分复用器2、刻有随机相移光栅3的铒镱共掺光纤4、前向FC／APC光纤输出端5及后向FC／APC光纤输出端6。其特征在于：随机相移光栅3直接刻写在铒镱共掺光纤4上；波分复用器2包括三个端口，端口2-1与泵浦激光器1相连，端口2-2与刻有随机相移光栅3的铒镱共掺光纤4相连，端口2-3与后向FC／APC光纤输出端6相连；铒镱共掺光纤4的另一端与前向FC／APC光纤输出端5相连。激光由前向FC／APC光纤输出端5或后向FC／APC光纤输出端6输出。
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