CN106299988A - 一种级联输出光纤拉曼随机激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种级联输出光纤拉曼随机激光器，包括依次连接的半导体泵浦源模块、泵浦合束器、掺镱光纤激光器和普通单模光纤，泵浦合束器的信号端连接有宽带反射镜，普通单模光纤的末端设有作为激光输出端口的光纤斜端面。本发明结构简单紧凑，无需高成本的对应各阶斯托克斯光波长的特殊波长光纤光栅，且该结构中的泵浦合束器的可承受功率很高，从而使该结构具备产生高功率级联拉曼光纤激光的能力，解决了级联阶数和输出功率受限的技术问题。

Description

一种级联输出光纤拉曼随机激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器领域，尤其涉及一种光纤拉曼随机激光器。
背景技术
光纤随机激光器是一种新型的无腔型光纤激光器，它在结构上区别于传统激光器，其反馈来源于光纤中随机分布的背向瑞利散射。光纤拉曼随机激光器利用光纤中的受激拉曼散射效应提供增益，相比于掺杂光纤激光器，输出激光波长可选择范围宽，可通过泵浦波长的选择以及级联拉曼效应获得特殊波长的激光输出，并具备高功率输出能力，是一种重要的新型光源。
采用半开腔结构的光纤拉曼随机激光器可以降低级联输出的阈值，并可以采用短腔实现高功率的输出。现有技术中，采用掺镱光纤激光器作为泵浦源，为了实现将泵浦耦合进单模光纤并为单模光纤中拉曼随机激光提供反馈，通常在单模光纤一端放置对应于各阶斯托克斯光波长的特殊波长光纤光栅或利用波分复用器提供点式反馈，构建半开腔结构。然而，特殊波长光纤光栅的制备复杂，成本很高；波分复用器的可承受功率较低，限制了拉曼随机激光器的级联阶数和输出功率，且高承受功率的波分复用器成本昂贵。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种级联输出光纤拉曼随机激光器，主要在掺镱光纤激光器泵浦合束器的信号端加宽带反射镜的方案，为单模光纤中的拉曼随机激光提供反馈，以实现级联光纤拉曼随机激光器，该方案不但解决了现有技术中使用特殊波长光纤光栅和波分复用器带来的结构复杂、成本高的技术问题，而且解决了级联阶数和输出功率受限的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种级联输出光纤拉曼随机激光器，包括依次连接的半导体泵浦源模块、泵浦合束器、掺镱光纤激光器和普通单模光纤，泵浦合束器的信号端连接有宽带反射镜，普通单模光纤的末端设有作为激光输出端口的光纤斜端面。
进一步的，掺镱光纤激光器由高反射率光纤光栅、掺镱双包层光纤和低反射率光纤光栅依次连接而成，具体的，掺镱双包层光纤通过高反射率光纤光栅连接于泵浦合束器的输出端，掺镱双包层光纤通过低反射率光纤光栅连接于普通单模光纤。泵浦合束器的信号端连接有宽带反射镜为斯托克斯光提供点式反射，因此无需在掺镱光纤激光器和单模光纤间连接波分复用器或对应于各阶斯托克斯光波长的特种光纤光栅。
进一步的，光纤斜端面反射率小于10-5，保证光纤随机激光输出，并提高输出效率。
进一步的，高反射率光纤光栅、低反射率光纤光栅的典型波长为1020nm-1120nm，可以通过对光纤光栅波长的选择调控对应各阶光纤拉曼随机激光的输出波长。
进一步的，宽带反射镜是由1:1耦合器构建的光纤环反射镜或光纤端面菲涅尔反射镜。使用宽带反射镜结构简单，并可同时为各阶斯托克斯光提供反射，且该结构下宽带反射镜的可承受功率要求较低。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明利用掺镱光纤激光器产生掺镱光纤激光，该掺镱光纤激光充当普通单模光纤的拉曼泵浦，并在泵浦合束器的信号端连接宽带反射镜为单模光纤中产生的各阶斯托克斯光提供点式反馈，从而激发级联光纤拉曼随机激光；该结构简单紧凑，无需高成本地对应各阶斯托克斯光波长的特殊波长光纤光栅；相比于波分复用器，泵浦合束器的可承受功率可以很高，从而使得本发明结构具备产生高功率级联拉曼光纤激光的能力；具体的，使用该方案时，掺镱激光器在单模光纤中充当拉曼泵浦源，激发拉曼斯托克斯光，斯托克斯光可以经过泵浦合束器的信号端被宽带反射镜反射，并结合单模光纤随机瑞利反射的作用从而形成光纤拉曼随机激光输出，因此该方案避免了在掺镱激光器和单模光纤间使用波分复用器耦合拉曼泵浦源并为斯托克斯光提供点式反射；另外，由于采用宽带反射镜，可以反射各阶斯托克斯光，也避免了使用多个特殊波长光纤光栅，同时该结构下，激光在宽带反射镜处功率值较低，从而对宽带反射镜的功率承受要求不高；该方案不但解决了现有技术中使用特殊波长光纤光栅和波分复用器带来的结构复杂、成本高的技术问题，而且解决了级联阶数和输出功率受限的技术问题。
2.本发明将掺镱光纤激光器设置为依次连接的高反射率光纤光栅、掺镱双包层光纤(产生掺镱光纤激光)和低反射率光纤光栅，通过选择高反射率光纤光栅、低反射率光纤光栅的波长，控制掺镱光纤激光的输出波长，从而灵活调控级联光纤拉曼激光器的输出波长。
附图说明
图1是级联输出光纤拉曼随机激光器的结构示意图；
图2为级联输出光纤拉曼随机激光器输出光谱随半导体泵浦功率变化的关系图；
图3为级联输出光纤拉曼随机激光器各波长输出功率随半导体泵浦功率变化的关系图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1～图3对本发明作详细说明。
一种级联输出光纤拉曼随机激光器，包括：半导体泵浦源模块1、泵浦合束器2、掺镱双包层光纤3、普通单模光纤4、高反射率光纤光栅5、低反射率光纤光栅6、宽带反射镜7以及光纤斜端面8，半导体泵浦源模块1和泵浦合束器2的泵浦端相连，泵浦掺镱双包层光纤3；高反射率光纤光栅5、掺镱双包层光纤3和低反射率光纤光栅6依次构成掺镱光纤激光器，输出掺镱光纤激光，具体的，掺镱双包层光纤3通过高反射率光纤光栅5连接于泵浦合束器2的输出端，掺镱双包层光纤3通过低反射率光纤光栅6连接于普通单模光纤4；掺镱光纤激光在普通单模光纤4中作为拉曼泵浦源，宽带反射镜7与泵浦合束器2的信号端相连，为各阶斯托克斯光提供反馈，从而产生级联光纤拉曼随机激光；普通单模光纤4的末端为光纤斜端面8，为激光输出端口，该端面反射率小于10-5。
图2为级联输出光纤拉曼随机激光器输出光谱随半导体泵浦功率变化的关系图。其中半导体泵浦源模块1为976nm半导体泵浦；高反射率光纤光栅5中心波长为1064nm，反射率为99％；低反射率光纤光栅6中心波长为1064nm，反射率为10％；掺镱双包层光纤3尺寸为10/125μm，长度为10m；普通单模光纤4长度为3.2km；宽带反射镜7为由1:1耦合器构建的宽带光纤环反射镜(或光纤端面菲涅尔反射镜)。可以看出，随着半导体泵浦功率的增加，该系统能依次产生1115nm左右的一阶光纤拉曼随机激光和1175nm左右的二阶光纤拉曼随机激光。
图3为级联输出光纤拉曼随机激光器各波长输出功率随半导体泵浦功率变化的关系图。半导体泵浦在掺镱光纤中激发产生1064nm的掺镱光纤激光，当半导体泵浦的功率达到3.5W时，1115nm的一阶拉曼光纤随机激光产生。当半导体泵浦的功率达到7.5W时，1115nm随机激光的输出功率达到最大值，1175nm的二阶拉曼光纤随机激光开始激射。当半导体泵浦的功率达到11.7W时，输出的1175nm二阶拉曼光纤随机激光功率可以达到4W。

Claims (5)

1.一种级联输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于，包括依次连接的半导体泵浦源模块(1)、泵浦合束器(2)、掺镱光纤激光器和普通单模光纤(4)，泵浦合束器(2)的信号端连接有宽带反射镜(7)，普通单模光纤(4)的末端设有作为激光输出端口的光纤斜端面(8)。
2.如权利要求1所述的一种级联输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于，掺镱光纤激光器由高反射率光纤光栅(5)、掺镱双包层光纤(3)和低反射率光纤光栅(6)依次连接而成，具体的，掺镱双包层光纤(3)通过高反射率光纤光栅(5)连接于泵浦合束器2的输出端，掺镱双包层光纤(3)通过低反射率光纤光栅(6)连接于普通单模光纤(4)。
3.如权利要求1所述的一种级联输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于，光纤斜端面(8)反射率小于10-5。
4.如权利要求1所述的一种级联输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于，高反射率光纤光栅(5)、低反射率光纤光栅(6)的典型波长为1020nm-1120nm。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种级联输出光纤拉曼随机激光器，其特征在于，宽带反射镜(7)是由1:1耦合器构建的光纤环反射镜或光纤端面菲涅尔反射镜。
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