CN105356207A - 一种基于偏振调制的脉冲输出光纤拉曼随机激光器 - Google Patents

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本发明公开了一种基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，涉及脉冲光纤激光器领域。包括泵浦激光器、起偏器、偏振控制器、光纤、环形器以及偏振开关及其驱动，通过起偏器实现偏振光泵浦，并在由环形器构建的环反射镜中加入起偏器和偏振开关对斯托克斯光的偏振态进行调制，由于拉曼增益的偏振相关特性，从而可实现对激光输出功率的调制，得到高消光比的脉冲随机激光输出。本发明利用光纤随机激光器的偏振特性，采用新型偏振调制的手段，实现了高消光比的脉冲输出的随机激光，脉冲的重复频率由偏振开关的驱动信号决定。

Description

一种基于偏振调制的脉冲输出光纤拉曼随机激光器
技术领域
本发明涉及脉冲光纤激光器领域，尤其是一种基于新型偏振调制的光纤拉曼随机激光器。
背景技术
光纤随机激光器作为随机激光的一种新分支，具有结构简单、频谱无模式、单横模输出和超长距离传输等独特优势，在理论与应用领域均具有非常重要的意义。关于该类新型激光器的功率特性、光谱特性及调控和在光纤通信、光纤传感领域的应用研究近几年来以陆续展开。
激光器从运行上分为连续激光器和脉冲激光器。脉冲光纤激光器在光纤通信、光纤传感、激光测距以及高功率光纤激光器领域具有重要应用。光纤激光器常见的脉冲输出方法主要基于调Q和锁模。对于光纤拉曼随机激光器而言，其报道的主要输出模式为连续光输出。对于传统光纤激光器，多采用调Q和锁模的方式实现脉冲输出激光器。但对于随机激光而言，由于随机激光无纵模模式，因此难以采用锁模的手段实现脉冲输出。另一方面，该类激光器增益方式基于光纤中的受激拉曼散射，不同于掺杂光纤激光器，光纤中受激拉曼散射的响应时间很短(100fs左右)，难以采用可饱和吸收体进行被动调Q。为了实现脉冲输出的光纤随机激光器，现有方案采用在腔体中加入电光调制器进行内调制，但此方案输出的脉冲光信号消光比不高。本发明所述的基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，该新型调制技术基于光纤随机激光器半开腔结构和光纤拉曼增益的偏振相关特性，通过对斯托克斯光的偏振态的调制，实现激光输出的功率调制，从而实现高消光比的脉冲随机激光输出。
发明内容
提出一种基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，采用偏振光作为泵浦源，通过在光纤泵浦端环反射镜内引入起偏器、偏振控制器和偏振开关来调制反射环内斯托克斯光的偏振态，从而调制输出激光功率，实现高消光比的脉冲随机激光输出。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，包括：泵浦光源(1)、第一起偏器(2)、第一偏振控制器(3)、波分复用器WDM(4)、单模光纤(5)、环形器(6)、第二起偏器(7)、第二偏振控制器(8)、偏振开关(9)、任意波形发生器(10)以及第三偏振控制器(11)；泵浦光源(1)发出激光经过第一起偏器(2)起偏为偏振光，再经过第一偏振控制器(3)调节偏振态后经波分复用器WDM(4)的耦合进单模光纤(5)中，单模光纤(5)的末端为斜端面，为激光器的输出端口；经波分复用器WDM(4)的拉曼斯托克斯光波长进出端口的输出光经过环形反射镜结构再从该端口返回到波分复用器(4)，其特征在于：环形反射镜结构包括：环行器(6)，第二起偏器(7)，第二偏正控制器(8)，偏振开关(9)，波形发生器(10)，第三偏振控制器(11)；从波分复用器(4)的拉曼斯托克斯光波长进出端口的输出光依次经过环行器(6)、第二起偏器(7)、第二偏正控制器(8)、偏振开关(9)、第三偏振控制器(11)回到环行器(6)，其中波形发生器(10)通过偏振开关(9)进行波形输入。
所述基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于：第一起偏器(2)对泵浦光进行起偏，采用偏振光泵浦产生拉曼随机激光。
如图1斯托克斯光从c端口输出，依次经过d→f→h→g→e→d→c重新反射回单模光纤(5)中，从而构成环反射镜结构。其中，在环反射镜中，斯托克斯光经过第二起偏器(7)起偏为偏振光，其偏振态可通过偏振开关(9)实现周期性调制，偏振开关(9)的调制信号由任意波形发生器(10)提供，第二偏振控制器(8)和第三偏振控制器(11)可进一步调整斯托克斯光偏振态，优化输出脉冲的消光比；所述基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，在光纤泵浦端由环形器(6)构建的环反射镜结构中加入第二起偏器(7)以及偏振开关(9)，从而调制环反射镜中斯托克斯光的偏振态，进而对输出光功率起调制作用。其中d端口为环形器(6)的1端口，f为环形器(6)的2端口，h为偏振开关(9)的输入端，g为偏振开关(9)的输出端，e为环形器(6)的3端口。
本发明的有益效果是：
1.通过偏振开关调制环反射镜中斯托克斯光的偏振态以实现对输出光功率的调制，从而形成脉冲输出，是一种基于随机激光偏振特性的新型光调制技术。
2.环反射镜位于光纤的泵浦端，形成前向泵浦随机激光结构，环反射镜内斯托克斯光的功率较小(<10dBm),因此无需高功率的光调制器件。
3.前向泵浦光纤拉曼随机激光器的输入输出曲线在达到阈值后斜效率可以很高，从而在偏振调制下，两种偏振态下输出光的光功率差可以很大，进而形成高消光比的脉冲激光输出。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明所述基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器的结构示意图；
图2是不同偏振态对应的光纤拉曼随机激光器输入输出曲线；
图3是偏振调制光纤拉曼随机激光器的输出时域图；
图1中：1.拉曼泵浦光源；2.第一起偏器；3.第一偏振控制器；4.波分复用器；5.光纤；6.环形器；7.第二起偏器；8.第二偏振控制器；9.偏振开关；10.任意波形发生器；11.第三偏振控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示为本发明所述基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器结构示意图，该系统包括泵浦光源(1)、第一起偏器(2)、第一偏振控制器(3)、波分复用器WDM(4)、单模光纤(5)、环形器(6)、第二起偏器(7)、第二偏振控制器(8)、偏振开关(9)、任意波形发生器(10)以及第三偏振控制器(11)。泵浦光源(1)经过第一起偏器(2)起偏为偏振光，并经过第一偏振控制器(3)调节偏振态后经波分复用器WDM(4)的a端口耦合进单模光纤(5)中，单模光纤(5)的末端为斜端面，是激光器的输出端口。波分复用器WDM(4)的d端口对应于拉曼斯托克斯光波长，与环形器(6)的d端口相连，斯托克斯光从c端口输出，依次经过d→f→h→g→e→d→c重新反射回单模光纤(5)中，从而构成环反射镜结构。其中，在环反射镜中，斯托克斯光经过第二起偏器(7)起偏为偏振光，其偏振态可通过偏振开关(9)实现周期性调制，偏振开关(9)的调制信号由任意波形发生器(10)提供，第二偏振控制器(8)和第三偏振控制器(11)可进一步调整斯托克斯光偏振态，优化输出脉冲的消光比。
图2为当偏振开关驱动信号分别位于高电平(星号标志)和低电平(三角标志)时，即斯托克斯光分别处于两种不同的偏振态时(S1和S2)，激光器的输入输出曲线。光纤为16km单模光纤，泵浦波长为1365nm。当泵浦功率达到730mW后，偏振态调制到S1状态时激光达到激射阈值，激光器输出功率迅速增大，而此时偏振态调制到S2状态时激光器仍未达到阈值，因此两种偏振态下输出功率差逐渐增大，并在泵浦功率为800mW时达到最大值，为15dB。此后，偏振态调制到S2状态时激光也达到阈值，两种偏振态下的输出功率差值减小。因此，在该示例中，选用泵浦功率800mW，调制斯托克斯偏振态在S1和S2间切换，可以得到高消光比的脉冲激光输出。
图3为在偏振开关上加20Hz重复频率的TTL信号时，泵浦功率取为800mW，激光器输出的时域图。可以看到，本发明所述的偏振调制作用下，激光器输出为高消光比的脉冲信号，其重复频率由调制信号决定。

Claims (2)

1.一种基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，包括：泵浦光源(1)、第一起偏器(2)、第一偏振控制器(3)、波分复用器WDM(4)、单模光纤(5)、环形器(6)、第二起偏器(7)、第二偏振控制器(8)、偏振开关(9)、任意波形发生器(10)以及第三偏振控制器(11)；泵浦光源(1)发出激光经过第一起偏器(2)起偏为偏振光，再经过第一偏振控制器(3)调节偏振态后经波分复用器WDM(4)的耦合进单模光纤(5)中，单模光纤(5)的末端为斜端面，为激光器的输出端口；经波分复用器WDM(4)的拉曼斯托克斯光波长进出端口的输出光经过环形反射镜结构再从该端口返回到波分复用器(4)，其特征在于：环形反射镜结构包括：环行器(6)，第二起偏器(7)，第二偏正控制器(8)，偏振开关(9)，波形发生器(10)，第三偏振控制器(11)；从波分复用器(4)的拉曼斯托克斯光波长进出端口的输出光依次经过环行器(6)、第二起偏器(7)、第二偏正控制器(8)、偏振开关(9)、第三偏振控制器(11)回到环行器(6)，其中波形发生器(10)通过偏振开关(9)进行波形输入。
2.根据权利要求1所述一种基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于所述基于偏振调制的高消光比脉冲输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于：第一起偏器(2)对泵浦光进行起偏，采用偏振光泵浦产生拉曼随机激光。
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