CN103269012B - 单频拉曼光纤激光器系统 - Google Patents

Abstract

一种单频拉曼光纤激光器系统，由单纵模拉曼光纤激光器、拉曼放大增益光纤、波分复用器和光纤输出的泵浦源构成。由于受激拉曼散射效应的波长灵活特性，采用同样的结构，通过改变泵浦光的中心波长，可实现宽广波段的大功率单频激光输出。结构紧凑，便于集成，可应用于多个领域。

Description

单频拉曼光纤激光器系统

技术领域

本发明涉及光纤激光器和光纤放大器，特别是一种单频拉曼光纤激光器系统。

背景技术

光纤激光器具有转化效率高、光束质量好、热管理方便、结构紧凑等特点，近年来逐渐成为激光技术领域的研究热点。单频激光器以其极窄的线宽和极长的相干长度，在光通信、光纤传感和科学研究领域都有广泛的应用前景。拉曼光纤激光器通过受激拉曼散射效应提供激光产生和放大所需的增益，由于受激拉曼散射效应的波长灵活特性，采用同样的结构，通过改变泵浦光的中心波长，即可实现宽广波段激光输出，并可实现稀土掺杂光纤激光器、放大器难以获得的波长范围的激光。此外，研究表明拉曼光纤激光器在制造高功率光纤激光器和单频激光器方面也有一定优势。

典型的单频拉曼光纤激光器系统装置(Yan Feng,Luke R.Taylor,and DomenicoBonaccini Calia,“Mutliwatts narrow linewidth fiber Raman amplifiers”,Opt.Express,vol.16(15),10927-10932(2008))如图1所示。其中A为分布反馈式半导体激光器，作为系统的种子源，B是拉曼放大增益光纤，一端与种子源通过波分复用器E连接，以引入种子光和分离剩余的泵浦光，另一端使用波分复用器F与泵浦源C相接，引入泵浦光和输出放大后的激光。该系统中使用的分布反馈式半导体激光器需要耦合系统将其输出光引入光纤中，所需的电源和温控等，在一定程度上使系统复杂化，降低了系统的稳定性。

发明内容

本发明目的是在现有技术的基础上，进一步精简单频光纤激光器系统，提高泵浦光的利用效率，改善单频光纤激光器系统的输出波长范围和输出功率，提供一种单频拉曼光纤激光器系统。

本发明技术解决方案如下：

一种单频拉曼光纤激光器系统，构成包括激光器、拉曼放大增益光纤、波分复用器和泵浦光源，该拉曼放大增益光纤的一端经波分复用器与光纤输出的泵浦源相连，其特点征在于所述的激光器为单纵模拉曼光纤激光器，所述的拉曼放大增益光纤的另一端与所述的单纵模拉曼光纤激光器的激光输出端直接熔接，所述的泵浦光源输出的泵浦光依次泵浦所述的拉曼放大增益光纤和单纵模的拉曼光纤激光器，系统输出激光经所述的波分复用器的第三臂输出。

所述的单纵模拉曼光纤激光器为分布反馈式拉曼光纤激光器、π相移的分布反馈式拉曼光纤激光器、分布布拉格反射镜拉曼光纤激光器、复合腔拉曼光纤激光器或环形腔拉曼光纤激光器。

所述的拉曼放大增益光纤为石英光纤、磷酸盐光纤、硅酸盐光纤、碲酸盐光纤或氟化物光纤。

本发明的技术效果：

由于受激拉曼散射的波长灵活特性，采用不同波长的泵浦光和不同的拉曼增益介质，拉曼光纤激光器和放大器可实现宽广波长范围内的激光输出，获得稀土掺杂光纤激光器和放大器难以获得的波长，拓宽目前光纤激光器系统可获得的光谱范围。以分布反馈式拉曼光纤激光器、π相移的分布反馈式拉曼光纤激光器、分布布拉格反射镜拉曼光纤激光器、复合腔拉曼光纤激光器、环形腔拉曼光纤激光器为代表的单频拉曼光纤激光器利用受激拉曼散射效应可实现单纵模运转，可代替目前广泛使用的单频半导体激光器，且与拉曼光纤放大器原理相同，便于集成。

本发明采用所述的单纵模拉曼光纤激光器代替常用的单频半导体激光器，同时单纵模输出的拉曼光纤激光器与拉曼光纤放大器可直接熔接而集成在一起，并可使用同一个泵浦光源顺序泵浦。不仅提高了泵浦光的整体利用效率，还省去了单频半导体激光器的不稳定的空间光与光纤耦合系统及电源和温控系统，简化了原有的拉曼单频光纤激光器系统，提高系统的稳定性和能源的利用效率，可获得稳定易用的全光纤大功率的单频激光输出。

附图说明

图1是现有典型的单频拉曼光纤激光器系统

图2是本发明单频拉曼光纤激光器系统的结构示意图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图2，图2是本发明单频拉曼光纤激光器系统的结构示意图，由图可见，本发明单频拉曼光纤激光器系统，包括激光器1、拉曼放大增益光纤2、波分复用器3和泵浦光源4，该拉曼放大增益光纤2的一端经波分复用器3与光纤输出的泵浦光源4相连，所述的激光器1为单纵模拉曼光纤激光器，所述的拉曼放大增益光纤2的另一端与所述的单纵模拉曼光纤激光器的激光输出端直接熔接，所述的泵浦光源4输出的泵浦光依次泵浦所述的拉曼放大增益光纤2和单纵模的拉曼光纤激光器，系统输出激光经所述的波分复用器3的另一臂33输出。

波分复用器3的合束主能量臂31与拉曼放大增益光纤2的另一端熔接，泵浦光源4的泵浦光输出端与波分复用器3的第二臂32相熔接，该第二臂32与泵浦光波长对应，为整套系统提供泵浦光。泵浦光源4输出的泵浦光依次通过拉曼增益光纤2和单纵模的拉曼光纤激光器，为二者共用，剩余泵浦光最后通过单纵模拉曼光纤激光器后输出，单纵模拉曼光纤激光器输出的单频激光经所述的拉曼放大增益光纤2放大后，由所述的波分复用器3的第三端输出系统产生的单频激光波长。

本发明激光器系统可分为保偏结构和非保偏结构两大类。

非保偏结构的系统中，单纵模的拉曼光纤激光器1和光纤输出的泵浦光源4为非线偏振光输出，拉曼放大增益光纤2和波分复用器3使用非保偏型器件。

在保偏结构的系统中，存在三种方式：

（a）单纵模的拉曼光纤激光器1、拉曼放大增益光纤2和波分复用器3使用保偏型器件，单纵模的拉曼光纤激光器1和光纤输出的泵浦光源4为线偏振光输出；

（b）单纵模的拉曼光纤激光器1、拉曼放大增益光纤2和波分复用器3使用保偏型器件，单纵模的拉曼光纤激光器1为线偏振光输出，光纤输出的泵浦光源4为非线偏振光输出；

（c）单纵模的拉曼光纤激光器1使用非保偏型器件、为非线偏振光输出，光纤输出的泵浦光源4为线偏振光输出，拉曼放大增益光纤2和波分复用器3使用保偏型器件。

所述的单纵模的拉曼光纤激光器1所产生单频激光的波长即为最后系统输出的激光波长，可采用：分布反馈式拉曼光纤激光器、π相移的分布反馈式（π-shifted DFB）拉曼光纤激光器、分布布拉格反射镜（DBR）拉曼光纤激光器、复合腔拉曼光纤激光器、环形腔拉曼光纤激光器，可单纵模运转，所用拉曼光纤的基质材料为石英、磷酸盐、硅酸盐、碲酸盐或氟化物，其激光输出端同时也是泵浦光的输入端。

所述的单纵模的拉曼光纤激光器1中所使用的拉曼增益光纤与拉曼放大增益光纤2应均可在设计泵浦波长泵浦下向设计输出波长激光提供拉曼增益。

所述的拉曼放大增益光纤2基质材料可以为石英、磷酸盐、硅酸盐、碲酸盐或氟化物；根据所需的输出功率，可以为低布里渊散射光纤，或在光纤上施加应力或温度分布等方式以抑制布里渊散射，其透光范围应包含设计使用的泵浦光波长和输出的激光波长。

所述的泵浦光源4的输出波长应根据系统输出的单频激光波长以及单纵模拉曼光纤激光器1中所用光纤的拉曼增益谱和拉曼放大增益光纤2的拉曼增益谱共同决定。泵浦光源4为光纤输出的激光器，以保证与波分复用器的连接。

下面给出三个具体实施实例如下：

实施例1系统输出1178nm单频线偏振激光：

单纵模拉曼光纤激光器1使用和拉曼放大增益光纤2相同的石英基质保偏拉曼增益光纤，为π相移的分布反馈式拉曼光纤激光器，转化经拉曼增益放大光纤传输吸收后剩余的来自泵浦光源4的泵浦光获得1178nm单频线偏振激光。石英基质保偏拉曼增益光纤的拉曼增益谱峰值约对应于13.4THz，经计算得泵浦光波长为1120nm，为此泵浦光源4选用中心波长1120nm的线偏振掺镱光纤激光器，波分复用器3选用波长为1120nm/1178nm的保偏波分复用器。拉曼放大增益光纤2通过施加应力梯度的方式抑制1178nm激光放大过程中伴随的受激布里渊散射，并消耗由泵浦源4提供的1120nm泵浦光，放大单纵模的拉曼光纤激光器1产生的1178nm单频激光。最终放大后1178nm单频线偏振激光通过波分复用器输出。

实施例2.系统设计输出1270nm单频线偏振激光：

单纵模拉曼光纤激光器1使用和拉曼放大增益光纤2相同的石英基质保偏拉曼增益光纤，为分布布拉格反射镜拉曼光纤激光器，转化拉曼增益放大光纤传输吸收后剩余的来自泵浦源4的泵浦光获得1270nm单频线偏振激光。石英基质保偏拉曼增益光纤的拉曼增益谱峰值约对应于13.4THz，经计算得泵浦光波长为1120nm，泵浦源4选用中心波长1200nm的非保偏全光纤化拉曼光纤激光器，波分复用器3选用波长为1200nm/1270nm的保偏波分复用器拉曼放大增益光纤2通过施加温度梯度的方式抑制1270nm激光放大过程中伴随的受激布里渊散射，并消耗由泵浦源4提供的1200nm泵浦光，放大单纵模的拉曼光纤激光器1产生的1270nm单频激光。最终放大后1270nm单频线偏振激光通过波分复用器输出。

实施例3系统输出偏振态无要求的2.35μm单频激光：

单纵模拉曼光纤激光器1使用和拉曼放大增益光纤2相同的碲酸盐基质非保偏拉曼增益光纤，为分布布拉格反射镜拉曼光纤激光器，转化拉曼增益放大光纤传输后剩余的来自泵浦光源4的泵浦光获得2.35μm单频激光。碲酸盐基质非保偏拉曼增益光纤的拉曼增益谱峰值约对应于750cm^-1波数，经计算得泵浦光波长为2μm，为此泵浦光源4选用中心波长2μm的非保偏掺铥光纤激光器，波分复用器3选用波长为2μm/2.35μm的非保偏波分复用器。拉曼放大增益光纤2通过施加温度梯度的方式抑制2.35μm激光放大过程中伴随的受激布里渊散射，并消耗由泵浦光源4提供的泵浦光，放大单纵模的拉曼光纤激光器1产生的单频激光。最终放大后的2.35μm单频激光通过波分复用器输出。

Claims (3)

1.一种单频拉曼光纤激光器系统，其构成包括激光器(1)、拉曼放大增益光纤(2)、波分复用器(3)和泵浦光源(4)，该拉曼放大增益光纤(2)的一端经波分复用器(3)的一臂(32)与光纤输出的泵浦光源(4)相连，其特征在于所述的激光器(1)为单纵模拉曼光纤激光器，所述的拉曼放大增益光纤(2)的另一端直接与所述的单纵模拉曼光纤激光器的激光输出端熔接，所述的泵浦光源(4)输出的泵浦光依次泵浦所述的拉曼放大增益光纤(2)和单纵模拉曼光纤激光器，系统输出激光经所述的波分复用器(3)的另一臂(33)输出。

2.根据权利要求1所述的单频拉曼光纤激光器系统，其特征在于所述的单纵模拉曼光纤激光器为分布反馈式拉曼光纤激光器、分布布拉格反射镜拉曼光纤激光器、复合腔拉曼光纤激光器或环形腔拉曼光纤激光器。

3.根据权利要求1所述的单频拉曼光纤激光器系统，其特征在于所述的拉曼放大增益光纤(2)为石英光纤、磷酸盐光纤、硅酸盐光纤、碲酸盐光纤或氟化物光纤。