CN108493748B - 基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器 - Google Patents

基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于纤芯泵浦的掺镱‑拉曼混合增益随机光纤激光器，包括1010‑1035nm掺镱光纤激光源模块，1050‑1100nm FBG，第二段掺镱光纤和单模光纤，所述1010‑1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与1050‑1100nmFBG输入端连接，1050‑1100nmFBG输出端与第二段掺镱光纤一端连接，第二段掺镱光纤另一端连接单模光纤一端，单模光纤另一端为激光器的输出检测端；还公开了一种掺镱光纤放大基于纤芯泵浦的掺镱‑拉曼混合增益随机光纤激光器，包括前述的一种基于纤芯泵浦的掺镱‑拉曼混合增益随机光纤激光器，还包括设置在1010‑1035nm掺镱光纤激光源模块和1050‑1100nm FBG之间的第二个976nm半导体激光器，第三个976nm半导体激光器，第二个泵浦合束器。本发明能够实现大幅度提高1050‑1100nm波段激射效率。

Description

基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，具体涉及基于纤芯泵浦的掺镱光纤放大掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器。
背景技术
随机光纤激光器在光纤通信、光纤传感、分布式放大等方面具有重要的应用。最早投入研究的是利用光纤提供拉曼增益，之后相继出现无源光纤提供布里渊增益，掺铒光纤、掺镱光纤提供有源离子增益，再之后出掺铒-拉曼混合增益、掺铒-布里渊增益以及掺镱-拉曼增益等的相关研究报告。
混合增益方式可显著提高随机光纤激光器的激射效率，尤其是有源-非线性效应混合增益，能联合有源离子提供的增益和无源光纤中的非线性效应，与传统仅无源光纤提供非线性效应增益相比，大大提高了随机光纤激光器的激射效率。
现有的随机光纤激光器可以实现拉曼增益较难实现的激光波段输出，但是其激射效率并不高，特别是在1050-1100波段，随着对高功率激光器的要求越来越高，应用前景越来越广阔，提高光纤激光器的激射效率变得十分得重要。
发明内容
本发明的目的在于：解决目前1050-1100波段的随机光纤激光器的激射效率不高的问题，提供了能够降低激射阈值，利用掺镱-拉曼混合增益大幅度提高1050-1100波段激射效率，及采用掺镱光纤放大大幅提高1050-1100波段激射效率的基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，包括1010-1035nm掺镱光纤激光源模块，1050-1100nm FBG，第二段掺镱光纤和单模光纤，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与1050-1100nm FBG输入端连接，1050-1100nm FBG输出端与第二段掺镱光纤一端连接，第二段掺镱光纤另一端连接单模光纤一端，单模光纤另一端为激光器的输出检测端。
进一步，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块包括976nm半导体激光器，泵浦合束器，第一个1010-1035nm FBG，第一段掺镱光纤，第二个1010-1035nm FBG和泵浦剥离器，第一个1010-1035nm FBG与第二个1010-1035nm FBG波长相同，976nm半导体激光器的输出端与泵浦合束器的输入端连接，泵浦合束器的输出端与第一个1010-1035nm FBG的输入端连接，第一个1010-1035nm FBG输出端与第一段掺镱光纤一端连接，第一段掺镱光纤另一端与第二个1010-1035nm FBG的输入端连接，第二个1010-1035nm FBG的输出端与泵浦剥离器的输入端连接，泵浦剥离器的输出端作为1010-1035nm掺镱激光源模块的输出端。
进一步，所述第一个1010-1035nm FBG对1010-1035nm光具有高反射率低透射率，第二个1010-1035nm FBG对1010-1035nm光具有低反射率高透射率。
进一步，所述第一段掺镱光纤用2m-3m掺镱光纤。
进一步，所述第二段掺镱光纤用4m-18m掺镱光纤。
进一步，所述1050-1100nm FBG对1050-1100nm光具有高反射率低透射率。
进一步，所述单模光纤长度为500m-3000m。
一种掺镱光纤放大基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，包括上面所述的一种新型掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，还包括设置在1010-1035nm掺镱光纤激光源模块和1050-1100nm FBG之间的第二个976nm半导体激光器，第三个976nm半导体激光器，第二个泵浦合束器，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与第二个泵浦合束器的输入端连接，第二个泵浦合束器的输出端与1050-1100nm FBG输入端连接，所述第二个976nm半导体激光器和第三个976nm半导体激光器都与第二个泵浦合束器的输入端连接。
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、本发明中，基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器能够降低激射阈值，利用掺镱-拉曼混合增益大幅度提高激射效率，解决1050-1100波段的随机光纤激光器的激射效率不高的问题；
2、本发明中长距离单模光纤中的瑞利散射提供随机分布式反馈与1050-1100nmFBG形成半开腔结构，提高反馈效率，从而降低激射阈值；
3、本发明中掺镱光纤中的镱离子和长距离单模光纤中的受激拉曼效应共同为1010-1035nm光转化到1050-1100nm光提供增益，提高了激光激射效率。基于以上技术，本发明可实现更高激射效率的1050-1100nm随机激光输出；
4、本发明中掺镱光纤放大基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器将1010-1035nm掺镱激光源提供的1010-1035nm种子光接入泵浦合束器的信号端，采用两个976nm半导体激光器对1010-1035nm种子光进行放大，从而增加了在掺镱光纤和长距离单模光纤中分布的1010-1035nm功率，得到更高功率的高效率1050-1100nm随机激光器。
附图说明
图1为本发明基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器系统结构图；
图中标记：1-976nm半导体激光器，2-泵浦合束器，3-1-第一个1010-1035nm FBG，4-1-第一段掺镱光纤，3-2-第二个1010-1035nm FBG，5-泵浦剥离器，6-1050-1100nm FBG，7-单模光纤；
图2为本发明掺镱光纤放大基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器系统结构图；
图中标记：1-976nm半导体激光器，2-泵浦合束器，3-1-第一个1010-1035nm FBG，4-1-第一段掺镱光纤，3-2-第二个1010-1035nm FBG，5-泵浦剥离器，1-2-第二个976nm半导体激光器，1-3-第三个976nm半导体激光器，2-2-第二个泵浦合束器，6-1050-1100nm FBG，7-单模光纤；
图3为本发明基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器的功率输入输出曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，如图1所示，包括1010-1035nm掺镱光纤激光源模块，1050-1100nim FBG 6，第二段掺镱光纤4-2和单模光纤7，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与1050-1100nm FBG 6输入端连接，1050-1100nm FBG 6输出端与第二段掺镱光纤4-2一端连接，第二段掺镱光纤4-2另一端连接单模光纤7一端，单模光纤7另一端为激光器的输出检测端。
进一步，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块包括976nm半导体激光器1，泵浦合束器2，第一个1010-1035nm FBG3-1，第一段掺镱光纤4-1，第二个1010-1035nm FBG3-2和泵浦剥离器5，第一个1010-1035nm FBG3-1与第二个1010-1035nm FBG3-2波长相同，976nm半导体激光器1的输出端与泵浦合束器2的输入端连接，泵浦合束器2的输出端与第一个1010-1035nm FBG 3-1的输入端连接，第一个1010-1035nm FBG 3-1输出端与第一段掺镱光纤4-1一端连接，第一段掺镱光纤4-1另一端与第二个1010-1035nm FBG3-2的输入端连接，第二个1010-1035nm FBG3-2的输出端与泵浦剥离器5的输入端连接，泵浦剥离器5的输出端作为1010-1035nm掺镱激光源模块的输出端。
进一步，所述第一个1010-1035nm FBG3-1对1010-1035nm光具有高反射率低透射率，第二个1010-1035nmFBG3-2对1010-1035nm光具有低反射率高透射率。
进一步，所述第一段掺镱光纤4-1用2m-3m掺镱光纤。
进一步，所述第二段掺镱光纤4-2用4m-18m掺镱光纤。
进一步，所述1050-1100nm FBG 6对1050-1100nm光具有高反射率低透射率。
进一步，所述单模光纤7长度为500m-3000m。
利用976nm半导体激光器1经过泵浦合束器2和高反射率第一个1010-1035nm FBG3-1包层泵浦第一段掺镱光纤4-1，第一段掺镱光纤4-1尾端连接低反射率第二个1010-1035nm FBG 3-2，当一定功率976nm激光注入到第一段掺镱光纤中，掺镱光纤提供掺镱增益，产生1010-1035nm激光，同时高反射率1010-1035mn FBG和低反射率1010-1035nm FBG构成谐振腔为激光的激射提供足够的反馈，当满足阈值条件时，激射出1010-1035nm激光激射。为剥离多余的半层泵浦，在低反射率1010-1035nm FBG的尾端连接泵浦剥离器5。利用泵浦剥离器5输出的1010-1035nm激光充当泵浦源，采用纤芯泵浦方式，经高反射率1050-1100nmFBG 6后直接泵浦4m-18m第二段掺镱光纤和长距离单模光纤7，高反射率1050-1100nmFBG6与长距离单模光纤中瑞利散射提供的随机分布式反馈构成半开腔，为1050-1100nm光的激射提供正反馈，这里掺镱光纤提供的掺镱增益和长距离单模光纤提供的受激拉曼增益同时作用，增大了激光激射效率，从而实现高效率1050-1100nm的随机激光输出。图3为本发明基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器的功率输入输出曲线。
一种掺镱光纤放大基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，如图2所示，包括上面所述的一种新型掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，还包括设置在1010-1035nm掺镱光纤激光源模块和1050-1100nm FBG 6之间的第二个976nm半导体激光器1-2，第三个976nm半导体激光器1-3，第二个泵浦合束器2-2，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与第二个泵浦合束器2-2的输入端连接，第二个泵浦合束器2-2的输出端与1050-1100nm FBG 6输入端连接，所述第二个976nm半导体激光器1-2和第三个976nm半导体激光器1-3都与第二个泵浦合束器2-2的输入端连接。
采用掺镱光纤放大技术基于纤芯泵浦方式的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器将1010-1035nm掺镱激光源提供的1010-1035nm种子光接入泵浦合束器的信号端，采用两个976nm半导体激光器对1010-1035nm种子光进行放大，从而增加了在掺镱光纤和长距离单模光纤中分布的1010-1035nm功率，得到更高功率的高效率1070nm随机激光器。
实施例1
一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，包括1020nm掺镱光纤激光源模块，1070nm FBG6，第二段掺镱光纤4-2和单模光纤7，所述1020nm掺镱光纤激光源模块的输出端与1070nm FBG 6输入端连接，1070nm FBG 6输出端与第二段掺镱光纤4-2一端连接，第二段掺镱光纤4-2另一端连接单模光纤7一端，单模光纤7另一端为激光器的输出检测端。1020nm泵浦光到1070nm波段光的转换刚好是拉曼和掺镱的最大增益处，实现1070nm波段的随机光纤激光器激射效率的大幅提升。
进一步，所述1020nm掺镱光纤激光源模块包括976nm半导体激光器1，泵浦合束器2，第一个1020nm FBG3-1，第一段掺镱光纤4-1，第二个1020nm FBG3-2和泵浦剥离器5，976nm半导体激光器1的输出端与泵浦合束器2的输入端连接，泵浦合束器2的输出端与第一个1020nm FBG 3-1的输入端连接，第一个1020nm FBG 3-1输出端与第一段掺镱光纤4-1一端连接，第一段掺镱光纤4-1另一端与第二个1020nm FBG3-2的输入端连接，第二个1020nmFBG3-2的输出端与泵浦剥离器5的输入端连接，泵浦剥离器5的输出端作为1020nm掺镱激光源模块的输出端。
所述第一个1020nm FBG3-1对1020nm光具有高反射率低透射率，第二个1020nmFBG3-2对1020nm光具有低反射率高透射率。
所述第一段掺镱光纤4-1用2m-3m掺镱光纤。
所述第二段掺镱光纤4-2用4m-18m掺镱光纤。
所述1070nm FBG 6对1070nm光具有高反射率低透射率。
所述单模光纤7长度为500m-3000m。
实施例2
在实施例一的基础上，将1070nm FBG 6替换为1085nm FBG 6，所述1070nm FBG 6对1085nm光具有高反射率低透射率，方案可以实现1085nm波段的随机光纤激光器激射效率的大幅提升。
实施例3
在实施例一的基础上，将1020nm掺镱光纤激光源模块替换为1028nm掺镱光纤激光源模块，第一个1020nm FBG3-1替换为第一个1028nmFBG3-1，第二个1020nm FBG3-2替换为第二个1028nm FBG3-2，所述第一个1028nm FBG3-1对1028nm光具有高反射率低透射率，第二个1028nm FBG3-2对1028nm光具有低反射率高透射率，方案可以实现1070nm波段的随机光纤激光器激射效率的大幅提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：包括1010-1035nm掺镱光纤激光源模块，1050-1100nm FBG(6)，第二段掺镱光纤(4-2)和单模光纤(7)，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与1050-1100nmFBG(6)输入端连接，1050-1100nmFBG(6)输出端与第二段掺镱光纤(4-2)一端连接，第二段掺镱光纤(4-2)另一端连接单模光纤(7)一端，单模光纤(7)另一端为激光器的输出检测端；
所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块包括976nm半导体激光器(1)，泵浦合束器(2)，第一个1010-1035nm FBG(3-1)，第一段掺镱光纤(4-1)，第二个1010-1035nm FBG(3-2)和泵浦剥离器(5)，第一个1010-1035nm FBG(3-1)与第二个1010-1035nm FBG(3-2)波长相同，976nm半导体激光器(1)的输出端与泵浦合束器(2)的输入端连接，泵浦合束器(2)的输出端与第一个1010-1035nm FBG(3-1)的输入端连接，第一个1010-1035nm FBG(3-1)输出端与第一段掺镱光纤(4-1)一端连接，第一段掺镱光纤(4-1)另一端与第二个1010-1035nm FBG(3-2)的输入端连接，第二个1010-1035nm FBG(3-2)的输出端与泵浦剥离器(5)的输入端连接，泵浦剥离器(5)的输出端作为1010-1035nm掺镱激光源模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：所述第一个1010-1035nm FBG(3-1)对1010-1035nm光具有高反射率低透射率，第二个1010-1035nm FBG(3-2)对1010-1035nm光具有低反射率高透射率。
3.根据权利要求1所述的一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：所述第一段掺镱光纤(4-1)用2m-3m掺镱光纤。
4.根据权利要求1所述的一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：所述第二段掺镱光纤(4-2)用4m-18m掺镱光纤。
5.根据权利要求1所述的一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：所述1050-1100nm FBG(6)对1050-1100nm光具有高反射率低透射率。
6.根据权利要求1所述的一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：所述单模光纤(7)长度为500m-3000m。
7.一种掺镱光纤放大基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，其特征在于：包括权利要求1所述的一种基于纤芯泵浦的掺镱-拉曼混合增益随机光纤激光器，还包括设置在1010-1035nm掺镱光纤激光源模块和1050-1100nm FBG(6)之间的第二个976nm半导体激光器(1-2)，第三个976nm半导体激光器(1-3)，第二个泵浦合束器(2-2)，所述1010-1035nm掺镱光纤激光源模块的输出端与第二个泵浦合束器(2-2)的输入端连接，第二个泵浦合束器(2-2)的输出端与1050-1100nm FBG(6)输入端连接，所述第二个976nm半导体激光器(1-2)和第三个976nm半导体激光器(1-3)都与第二个泵浦合束器(2-2)的输入端连接。
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