CN104600549A

CN104600549A - 一种模式可控的相干反馈光纤随机激光器

Info

Publication number: CN104600549A
Application number: CN201510066432.7A
Authority: CN
Inventors: 张伟利; 马瑞; 曾晓佩; 杨兆基; 饶云江
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: CN104600549B

Abstract

本发明提供了一种模式可控相干反馈光纤随机激光器，包括泵浦光源、波分复用器、有源光纤、耦合器、控制光源和准直器。与现有技术相比，控制光源产生控制光。准直器与控制光源相连。准直器接收所述控制光，并产生准直光束，在垂直于所述光纤光栅串的光传输方向上照射所述多个谐振腔中的一个，以增大对应谐振模式的光增益。由此，减少了不同谐振模式的随机激光之间的干扰，提高了输出稳定性，增加了功率效率。

Description

一种模式可控的相干反馈光纤随机激光器

技术领域

本发明属于随机激光器领域，特别涉及了一种模式可控的相干反馈光纤随机激光器。

背景技术

光纤随机激光器作为一种重要的新光源可用于非线性光学、光通信和传感等领域。基于反馈方式的不同光纤随机激光器可分为非相干反馈光纤随机激光器和相干反馈光纤随机激光器。其中，相干反馈光纤随机激光器则是利用掺杂光纤中的分布式或相移布拉格光栅形成随机谐振腔，当光子局域长度小于随机结构的长度时，满足光子局域化条件，从而将光子局域在腔内产生相干光放大，输出具有模式的随机激光。现有技术中的相干反馈光纤随机激光具有较低的工作阈值，但由于存在模式竞争或谐振腔热效应，其输出光谱通常表现为随时间变化的随机模式。也就是说，其输出光谱稳定性相对较低，可利用光能量效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种模式可控的相干反馈光纤随机激光器，以提高了其输出光谱的稳定性和光能量效率。

为解决上述技术问题，本发明提出了如下技术方案：

本发明提供了一种模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述相干反馈光纤随机激光器包括：

泵浦光源，用于产生泵浦光；

波分复用器，所述波分复用器的1480或980端与所述泵浦光源相连；

与所述波分复用器的com端相连的有源光纤，所述波分复用器将所述泵浦光耦合到所述有源光纤，所述有源光纤对产生的激光进行增益放大；在所述有源光纤的尾部刻写了光纤光栅串；所述光纤光栅串包括多个随机分布的光纤光栅，所述多个光纤光栅形成多个谐振腔，所述多个谐振腔将对应谐振模式的光波进行谐振放大，并将对应光波输出到所述波分复用器的com端；

与所述波分复用器的1550端相连的耦合器，用于将所述波分复用器com端传输过来的光分量耦合到输出口；

控制光源，用于产生控制光；以及

与所述控制光源相连的准直器，用于接收所述控制光，并产生准直光束，在垂直于所述光纤光栅串的光传输方向上照射所述多个谐振腔中的一个，以增大对应谐振模式光波的增益。

在一个实施例中，所述泵浦光的波长为1480nm或者980nm。

在一个实施例中，所述耦合器的输出口包括N%输出口和M%输出口，其中，在所述耦合器的输出口输出的反馈光有N%的光通过所述N%输出口输出，所述输出口输出的反馈光有M%的光通过所述M%输出口输出。

在一个实施例中，所述N%输出口的端口切平，以构成菲涅耳弱反射镜，提供4%光学反馈，其余光功率由该端口输出。

在一个实施例中，所述M%输出口连接光谱仪，所述准直器根据所述光谱仪的测试结果调节器直射所述光纤光栅串的位置。

在一个实施例中，所述N大于所述M。

在一个实施例中，所述N等于1，所述M等于99。

在一个实施例中，所述耦合器的输出口端口切平，以构成菲涅耳弱反射镜。

在一个实施例中，所述有源光纤包括掺饵光纤、掺镱光纤和掺铥光纤的其中一种光纤。

与现有技术相比，控制光源产生控制光。准直器与控制光源相连。准直器接收所述控制光，并产生准直光束，在垂直于所述光纤光栅串的光传输方向上照射所述多个谐振腔中的一个，以增大对应谐振模式光波的增益。由此，该谐振模式在模式竞争中具有优势而得以锁定输出，提高了光输出稳定性，增加了功率效率。

附图说明

图1所示为根据本发明实施例的模式可控相干反馈光纤随机激光器。

图2所示为根据本发明实施例的模式可控相干反馈光纤随机激光器的工作流程图。

图3所示为根据本发明实施例的相干反馈光纤随机激光的输出光谱图。

图4所示为根据本发明实施例的模式可控相干反馈光纤随机激光的输出光谱图。

图5所示为根据本发明的实施例的另一模式可控的相干反馈光纤随机激光器。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1所示为根据本发明实施例的模式可控相干反馈光纤随机激光器100。相干反馈光纤随机激光器100包括泵浦光源4、波分复用器5、有源光纤6和耦合器3。泵浦光源4产生泵浦光。在一个实施例中，所述泵浦光的波长为1480nm或者980nm。波分复用器（WDM）5包括1480或980端、com端和1550端。其中，1480或980端和1550端位于波分复用器5的同一面，com端位于波分复用器5的另一面。波分复用器5的1480或980端与泵浦光源4相连。在一个实施例中，有源光纤6包括掺饵光纤（EDF）。有源光纤可以是单包层光纤或者双包层有源光纤。

有源光纤6与波分复用器5的com端相连。波分复用器5将所述泵浦光耦合到有源光纤6。有源光纤6对所述泵浦光进行增益放大。在有源光纤6的尾部刻写了光纤光栅串7。光纤光栅串7包括多个光纤光栅FBG₁、FBG₂…FBG_n、FBG_n+1…FBG₂₀。在一个实施例中，光纤光栅串7是在一根掺铒光纤上刻写了20个反射率为1%~5%之间的光纤光栅，两个相邻光纤光栅的空间间隔在1~8毫米之间随机分布，中心波长为1550 nm。在其他的实施例中，光纤光栅串也可包括其他数目的光纤光栅,及其它中心波长。

所述多个光纤光栅形成多个谐振腔，所述多个谐振腔将对应谐振模式的光波进行谐振放大，并对应谐振模式的光波输出到波分复用器5的com端。具体而言，光纤光栅串7的各FBG之间以及各FBG与菲涅尔弱反射镜之间，可形成随机分布的相干反馈，建立多个随机的谐振模式，当某谐振模式中的增益大于损耗时，即形成激光输出。在一个实施例中，不同谐振模式的反馈光对应不同的波长分布。耦合器3与波分复用器5的1550端相连。耦合器3将波分复用器5com端传输过来的光分量耦合到输出口。

有利的是，相干反馈光纤随机激光器100还包括控制光源8和准直器9。控制光源8产生控制光。准直器9与控制光源8相连。准直器9接收所述控制光，并产生准直光束，在垂直于所述光纤光栅串的光传输方向上照射所述多个谐振腔中的一个，以增大对应谐振模式的光波增益。

具体地讲，泵浦光源4发出的泵浦光，该泵浦光通过波分复用器5和有源光纤8，经过光纤光栅的谐振腔时，不同谐振腔对泵浦光产生的信号光进行谐振、放大和反馈，从而将不同谐振模式的反馈光反射回到波分复用器5。波分复用器5将反馈光通过1550端口发送进入耦合器3，并传送到对应的输出口。当控制光源8和准直器9处于关闭状态时，多个谐振模式的反馈光具有相近的增益，因此，由于模式竞争的存在，难以形成稳定的激光输出。当控制光源8和准直器9处于开启状态时，准直器9将控制光照射到光纤光栅串7的一个谐振腔的位置，使得该处增益增大，从而增加对应谐振模式的增益。使得该谐振模式在模式竞争中处于优势地位，则在耦合器3的输出端输出对应该谐振模式的输出光。也就是说，提高了其输出光谱的稳定性和光能量效率。

在图1的实施例中，耦合器3的输出口包括N%输出口2和M%输出口1，其中，在耦合器3的输出口输出的反馈光有N%的光通过N%输出口2输出，耦合器3的输出口输出的反馈光有M%的光通过M%输出口1输出。在一个实施例中，N%输出口2的端口切平，以构成菲涅耳弱反射镜。在N%输出口2连接了激光输出口10。

在一个实施例中，M%输出口1连接光谱仪，准直器9根据功率计1的测试结果调节准直器9直射所述光纤光栅串7的位置。在一个实施例中，所述N大于所述M。在一个实施例中，所述N等于1，所述M等于99。

在工作中，M%输出口1做为测试口，用于帮助确定准直器9的位置。也就是说，在连续调节准直器9照射光纤光栅串7位置的过程中观察光谱仪，如果光谱仪显示出满足要求的波形图，则说明相干反馈光纤随机激光器100处于最佳输出状态。功率计1和准直器9的操作将结合图2、图3和图4做进一步描述。

图2所示为根据本发明实施例的模式可控相干反馈光纤随机激光器100的工作流程图200。

在步骤201中，增加980 nm或1480 nm泵浦光功率，在光谱仪中观测并记录到了随机输出的多个模式的激光，其光谱功率分布随时间不断变化，输出激光模式不稳定。在步骤202中，将1：99光耦合器1的1%端改接功率计，观测和记录不同980 nm或1480 nm泵浦功率下的输出功率。在步骤203中，在垂直于FBG串中光传输的方向上引入波长为980 nm或1480 nm的准直光束作为控制光，通过移动支架调节控制光照射在FBG串上的位置，调节过程中观测到控制光照射到某些点时，光谱仪中观测到相应位置的随机激光模式增强，并实现该模式的锁定输出，实验中记录了不同点出得到选择的激光的输出光谱图和相应模式的波长。

图3所示为模式可控相干反馈光纤随机激光的输出光谱图。泵浦源泵浦功率高于阈值时，从光谱仪中观测到输出激光模式不稳定，不同时刻随机输出多个模式的激光，图3为泵浦功率为106 mW时1：99光耦合器的1%输出端接光谱仪观测到三个不同时刻输出的多个模式激光的输出光谱。其中，图3是还没有开启控制光源8和准直器9的波形图。可以看出，不同模式的光谱相互干扰，使得波形图的能量分布相对分散，且随时间有所变化，输出口的光谱不稳定。

图4是利用控制光对FBG串单点控制的光谱图。当引入控制光以后，可以看出，当准直器9照射不同的谐振腔的时候，不同波长的输出光谱能量较为集中，由此可以看出光纤光栅串的空间增益分布得到调节，输出口的光谱稳定性得到提高。

图5所示为根据本发明的实施例的模式可控的相干反馈光纤随机激光器500。标号与图1相同的元素具有相同的功能。在图2的实施例中，耦合器3没有连接功率测试口（例如：输出口1）。输出口2端口切平，以构成菲涅耳弱反射镜。并且，输出口2连接激光输出口10。

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims

1.一种模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述相干反馈光纤随机激光器包括：

泵浦光源，用于产生泵浦光；

波分复用器，所述波分复用器的第一端与所述泵浦光源相连；

与所述波分复用器的第二端相连的有源光纤，所述波分复用器将所述泵浦光耦合到所述有源光纤，所述有源光纤对信号光进行增益放大；在所述有源光纤的尾部刻写了光纤光栅串；所述光纤光栅串包括多个随机分布的光纤光栅，所述多个光纤光栅形成多个谐振腔，所述多个谐振腔将对应谐振模式的光波进行谐振放大，并输出对应谐振模式的光波到所述波分复用器的第二端；

与所述波分复用器的第三端相连的耦合器，用于将所述波分复用器第二端传输过来的光波耦合到输出口；

控制光源，用于产生控制光；以及

与所述控制光源相连的准直器，用于接收所述控制光，并产生准直光束，在垂直于所述光纤光栅串的光传输方向上照射所述多个谐振腔中的一个，以增大对应谐振模式的增益。

2.根据权利要求1所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述泵浦光的波长为1480nm或者980nm。

3.根据权利要求1所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述耦合器的输出口包括N%输出口和M%输出口，其中，在所述耦合器的输出口输出的反馈光有N%的光通过所述N%输出口输出，所述输出口输出的反馈光有M%的光通过所述M%输出口输出。

4.根据权利要求3所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述N%输出口的端口切平，以构成菲涅耳弱反射镜，提供4%光学反馈，其余光功率由该端口输出。

5.根据权利要求3或4所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述M%输出口连接光谱仪，所述准直器根据所述光谱仪的测试结果调节所述控制光照射所述光纤光栅串的位置。

6.根据权利要求3或4所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述N大于所述M。

7.根据权利要求6所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述N等于1，所述M等于99。

8.根据权利要求1所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述耦合器的输出口端口切平，以构成菲涅耳弱反射镜。

9.根据权利要求1或2或3或4或8所述的模式可控的相干反馈光纤随机激光器，其特征在于，所述有源光纤包括掺饵光纤、掺镱光纤和掺铥光纤的其中一种光纤。