CN109713562B - 基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明为了解决现有的基于瑞利散射的随机光纤激光器存在的瑞利散射比较弱需要长距离的光纤、激射阈值高，基于拉曼效应的随机光纤激光器需要较大功率的泵浦光源，以及基于随机分布光栅阵列的随机光纤激光器存在制作工艺复杂的问题。提供一种全新的基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器，包括激光源、1×2光纤耦合器、第一电光调制器、第一随机光脉冲发生器、第一光隔离器、延迟光纤、第一掺铒光纤放大器、第一偏振控制器、偏振合束器、第二光隔离器、第二电光调制器、第二随机光脉冲发生器、第三光隔离器、第二掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第二偏振控制器、第四光隔离器、保偏光纤、泵浦激光源、波分复用器、反射镜、掺铒光纤。

Description

基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器

技术领域

本发明涉及随机光纤激光器技术领域，具体是一种基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器。

背景技术

随机光纤激光器是近年来发展的一种新型激光器，相比于传统激光器，随机光纤激光器光的反馈通过光纤中的随机反馈来实现。2009 年 Lizárraga N 等人，第一次实现了基于布拉格光栅阵列的随机光纤激光器，他们在150cm长的铒锗共掺光纤中写入随机分布的光纤光栅阵列，形成随机光纤激光器（Optics Express, 2009, 17(2):395-404.）。2013年I. D. Vatnik等人提出了一种高效的基于瑞利散射的随机光纤激光器（Optoelectronics Instrumentation & Data Processing, 2013, 49(4):323-344.）。2014年Raman Kashyap课题组提出了基于长相移随机光纤光栅的随机拉曼光纤激光器，通过在掺铒光纤上刻入1m长的随机布拉格光栅来实现随机拉曼光纤激光器（OpticsLetters, 2014, 39(9):2755-8.）。2015年中国计量学院提出了基于随机相移光纤光栅的随机光纤激光器，通过将两个随机相移布拉格光纤光栅作为反射镜形成反射腔，从而注入掺铒光纤泵浦泵浦激光源在两个随机相移光纤光栅形成的腔中来回振荡从而形成随机光纤激光器（CN204333588U[P]. 2015.）。目前，随机光纤激光器主要包括三种：基于瑞利散射的随机光纤激光器、基于拉曼效应的随机光纤激光器和基于随机分布光栅阵列的随机光纤激光器。基于瑞利散射的随机光纤激光器存在由于光纤中的瑞利散射比较弱需要长距离的光纤（几十公里）、激射阈值高的问题；基于拉曼效应的随机光纤激光器由于需要较高的泵浦阈值，从而存在需要较大功率的泵浦光源的问题；基于随机分布光栅阵列的随机光纤激光器其随机分布的光栅阵列需要通过飞秒激光在光纤中刻入形成，存在制作工艺复杂的问题。

基于上述问题有必要发明一种全新的基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器。

发明内容

本发明为了解决现有的基于瑞利散射的随机光纤激光器存在的瑞利散射比较弱需要长距离的光纤、激射阈值高，基于拉曼效应的随机光纤激光器需要较大功率的泵浦光源，以及基于随机分布光栅阵列的随机光纤激光器存在制作工艺复杂的问题，提供一种新型的基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器，包括激光源、1×2光纤耦合器、第一电光调制器、第一随机光脉冲发生器、第一光隔离器、延迟光纤、第一掺铒光纤放大器、第一偏振控制器、偏振合束器、第二光隔离器、第二电光调制器、第二随机光脉冲发生器、第三光隔离器、第二掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第二偏振控制器、第四光隔离器、保偏光纤、泵浦激光源、波分复用器、反射镜、掺铒光纤。

其中，所述激光源的出射端通过单模光纤跳线与1×2光纤耦合器的入射端连接；所述1×2光纤耦合器的第一出射端通过单模光纤跳线与第一电光调制器入射端连接；所述第一随机光脉冲发生器的信号输出端与第一电光调制器的信号输入端连接；所述第一电光调制器出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器入射端连接；所述第一光隔离器出射端通过单模光纤跳线与延迟光纤的一端连接；所述延迟光纤另一端通过单模光纤跳线与第一掺铒光纤放大器的入射端连接；所述第一掺铒光纤放大器的输出端与第一偏振控制器的输入端连接；所述第一偏振控制器的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器的入射端连接；所述偏振合束器的出射端与第二光隔离器入射端连接；所述第二光隔离器的入射端与保偏光纤的一入射端连接；所述1×2光纤耦合器的第二出射端通过单模光纤跳线与第二电光调制器入射端连接；所述第二随机光脉冲发生器的信号输出端与第二电光调制器的信号输入端连接；所述第二电光调制器出射端通过单模光纤跳线与第三光隔离器入射端连接；所述第三光隔离器出射端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器的入射端连接，所述第二掺铒光纤放大器的输出端单模光纤跳线与单边带调制器的入射端连接；所述微波源的信号输出端与单边带调制器的信号输入端连接；所述单边带调制器的出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器的入射端连接；所述第二偏振控制器的出射端通过单模光纤跳线与第四光隔离器的入射端连接；所述第四光隔离器的出射端与掺铒光纤的一端连接。

所述泵浦激光源通过单模光纤跳线与波分复用器的第一端口连接；所述反射镜通过单模光纤跳线与波分复用器的第二端口连接；所述波分复用器的第三端口通过单模光纤跳线与掺铒光纤的一端连接；所述掺铒光纤的另一端通过单模光纤跳线与保偏光纤的另一入射端连接；所述保偏光纤的出射端直接输出激光。

工作时，第一路泵浦光经过第一电光调制器后，被第一随机光脉冲发生器调制为一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲依次经过第一光隔离器、延迟光纤、第一掺铒光纤放大器、第一偏振控制器、偏振合束器、第二光隔离器进入保偏光纤的一个光学主轴；第二路泵浦光经过第二电光调制器后，被第二随机光脉冲发生器调制为另一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲经过第三光隔离器、第二掺铒光纤放大器进行放大，被放大的重复频率随机变化的随机光脉冲经微波源控制的单边带调制器作用后进行频移，频移的大小为保偏光纤的布里渊频移量，频移后的重复频率随机变化的随机光脉冲再经过第二偏振控制器进入保偏光纤的同一个光学主轴。两路随机光脉冲泵浦光在保偏光纤中相遇发生干涉效应，由此干涉后产生的信号光调制保偏光纤的折射率，形成随机布里渊动态光栅。

同时，泵浦激光源通过单模光纤与波分复用器的第一端口连接从而耦合进光路中，并通过波分复用器的第三端口与掺铒光纤的一端连接，掺铒光纤中的Er³⁺激发到高能级发生自发辐射，当经过随机布里渊动态光栅时发生随机反馈，反馈波长与随机布里渊动态光栅的中心波长有关；随机反馈光经过掺铒光纤光信号被放大，经波分复用器后再次由反射镜进行反馈。当泵浦激光源的泵浦功率足够高的时候，随机反馈光在反射镜和随机布里渊动态光栅之间来回振荡，所获得的随机激光由保偏光纤的出射端输出。

基于上述过程，本发明的基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器存在以下优势：

1、相比于基于瑞利散射的随机光纤激光器，基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器是基于布里渊散射，利用随机布里渊动态光栅与反射镜之间的来回振荡来提供随机反馈，其反射强度相对比较大，从而存在不需要长距离的光纤（几十公里）来增加反射强度且激射阈值低的优势。

2、相比于基于拉曼效应的随机光纤激光器，基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器利用随机布里渊动态光栅与反射镜的随机反馈及掺铒光纤来提供增益，能够相对容易达到激射阈值，从而存在不需要较大功率的泵浦光源来提供较高的泵浦阈值的优势。

3、相比于基于随机分布光栅阵列的随机光纤激光器，基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器中的随机布里渊动态光栅是实时产生的，具有快速重构的优点，不需要通过比较复杂的飞秒激光刻入技术，存在制作工艺相对简单的优势。

本发明设计合理，具有很好的实际应用与推广价值。

附图说明

图1表示基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器结构示意图。

图中：1-激光源，2-1×2光纤耦合器，3-第一电光调制器，4-第一随机光脉冲发生器，5-第一光隔离器，6-延迟光纤，7-第一掺铒光纤放大器，8-第一偏振控制器，9-偏振合束器，10-第二光隔离器，11-第二电光调制器，12-第二随机光脉冲发生器，13-第三光隔离器，14-第二掺铒光纤放大器，15-单边带调制器，16-微波源，17-第二偏振控制器，18-第四光隔离器，19-保偏光纤，20-泵浦激光源，21-波分复用器，22-反射镜，23-掺铒光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图1所示，一种基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器装置，包括激光源1、1×2光纤耦合器2、第一电光调制器3、第一随机光脉冲发生器4、第一光隔离器5、延迟光纤6、第一掺铒光纤放大器7、第一偏振控制器8、偏振合束器9、第二光隔离器10、第二电光调制器11、第二随机光脉冲发生器12、第三光隔离器13、第二掺铒光纤放大器14、单边带调制器15、微波源16、第二偏振控制器17、第四光隔离器18、保偏光纤19、泵浦激光源20、波分复用器21、反射镜22、掺铒光纤23。

其中，激光源1的出射端通过单模光纤跳线与1×2光纤耦合器2的入射端连接；1×2光纤耦合器2的第一出射端通过单模光纤跳线与第一电光调制器3入射端连接；第一随机光脉冲发生器4的信号输出端与第一电光调制器3的信号输入端连接；第一电光调制器3出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器5入射端连接；第一光隔离器5出射端通过单模光纤跳线与延迟光纤6的一端连接；延迟光纤6另一端通过单模光纤跳线与第一掺铒光纤放大器7的入射端连接；第一掺铒光纤放大器7的输出端与第一偏振控制器8的输入端连接；所述第一偏振控制器8的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器9的入射端连接；偏振合束器9的出射端与第二光隔离器10入射端连接；第二光隔离器10的入射端与保偏光纤19的一入射端连接；1×2光纤耦合器2的第二出射端通过单模光纤跳线与第二电光调制器11入射端连接；第二随机光脉冲发生器12的信号输出端与第二电光调制器11的信号输入端连接；第二电光调制器11出射端通过单模光纤跳线与第三光隔离器13入射端连接；第三光隔离器13出射端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器14的入射端连接，第二掺铒光纤放大器14的输出端单模光纤跳线与单边带调制器15的入射端连接；微波源16的信号输出端与单边带调制器15的信号输入端连接；单边带调制器15的出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器17的入射端连接；第二偏振控制器17的出射端通过单模光纤跳线与第四光隔离器18的入射端连接；第四光隔离器18的出射端与掺铒光纤23的一端连接。

泵浦激光源20通过单模光纤跳线与波分复用器21的第一端口连接；反射镜22通过单模光纤跳线与波分复用器21的第二端口连接；波分复用器21的第三端口通过单模光纤跳线与掺铒光纤23的一端连接；掺铒光纤23的另一端通过单模光纤跳线与保偏光纤19的另一入射端连接；保偏光纤19的出射端直接输出激光。

具体实施时，泵浦激光源输出的1480nm的泵浦光，波分复用器的工作波长为1480nm/1550nm，随机布里渊动态光栅的中心波长为1550nm，掺铒光纤长度为2m。

具体工作时，第一路泵浦光经过第一电光调制器3后，被第一随机光脉冲发生器4调制为一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲依次经过第一光隔离器5、延迟光纤6、第一掺铒光纤放大器7、第一偏振控制器8、偏振合束器9、第二光隔离器10进入保偏光纤19的一个光学主轴；第二路泵浦光经过第二电光调制器11后，被第二随机光脉冲发生器12调制为另一重复频率随机变化的随机光脉冲，重复频率随机变化的随机光脉冲经过第三光隔离器13、第二掺铒光纤放大器14进行放大，被放大的重复频率随机变化的随机光脉冲经微波源16控制的单边带调制器15作用后进行频移，频移的大小为保偏光纤19的布里渊频移量，频移后的重复频率随机变化的随机光脉冲再经过第二偏振控制器17进入保偏光纤19的同一个光学主轴。两路随机光脉冲泵浦光在保偏光纤19中相遇发生干涉效应，由此干涉后产生的信号光调制保偏光纤19的折射率，形成随机布里渊动态光栅。

同时，泵浦激光源20通过单模光纤与波分复用器21的第一端口连接从而耦合进光路中，并通过波分复用器21的第三端口与掺铒光纤23的一端连接，掺铒光纤23中的Er³⁺激发到高能级发生自发辐射，当经过随机布里渊动态光栅时发生随机反馈，反馈波长与随机布里渊动态光栅的中心波长有关；随机反馈光经过掺铒光纤光信号被放大，经波分复用器32后再次由反射镜22进行反馈。当泵浦激光源20的泵浦功率足够高的时候，随机反馈光在反射镜和随机布里渊动态光栅之间来回振荡，所获得的随机激光由保偏光纤19的出射端输出。

以上所述仅是对本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施实例所做的任何简单修改、等同变化，均属本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种基于随机布里渊动态光栅的随机光纤激光器，其特征在于：包括激光源（1）、1×2光纤耦合器（2）、第一电光调制器（3）、第一随机光脉冲发生器（4）、第一光隔离器（5）、延迟光纤（6）、第一掺铒光纤放大器（7）、第一偏振控制器（8）、偏振合束器（9）、第二光隔离器（10）、第二电光调制器（11）、第二随机光脉冲发生器（12）、第三光隔离器（13）、第二掺铒光纤放大器（14）、单边带调制器（15）、微波源（16）、第二偏振控制器（17）、第四光隔离器（18）、保偏光纤（19）、泵浦激光源（20）、波分复用器（21）、反射镜（22）、掺铒光纤（23）；

其中，所述激光源（1）的出射端通过单模光纤跳线与1×2光纤耦合器（2）的入射端连接；所述1×2光纤耦合器（2）的第一出射端通过单模光纤跳线与第一电光调制器（3）入射端连接；所述第一随机光脉冲发生器（4）的信号输出端与第一电光调制器（3）的信号输入端连接；所述第一电光调制器（3）出射端通过单模光纤跳线与第一光隔离器（5）入射端连接；所述第一光隔离器（5）出射端通过单模光纤跳线与延迟光纤（6）的一端连接；所述延迟光纤（6）另一端通过单模光纤跳线与第一掺铒光纤放大器（7）的入射端连接；所述第一掺铒光纤放大器（7）的输出端与第一偏振控制器（8）的输入端连接；所述第一偏振控制器（8）的出射端通过单模光纤跳线与偏振合束器（9）的入射端连接；所述偏振合束器（9）的出射端与第二光隔离器（10）入射端连接；所述第二光隔离器（10）的出射端与保偏光纤（19）的一入射端连接；所述1×2光纤耦合器（2）的第二出射端通过单模光纤跳线与第二电光调制器（11）入射端连接；所述第二随机光脉冲发生器（12）的信号输出端与第二电光调制器（11）的信号输入端连接；所述第二电光调制器（11）出射端通过单模光纤跳线与第三光隔离器（13）入射端连接；所述第三光隔离器（13）出射端通过单模光纤跳线与第二掺铒光纤放大器（14）的入射端连接，所述第二掺铒光纤放大器（14）的输出端通过单模光纤跳线与单边带调制器（15）的入射端连接；所述微波源（16）的信号输出端与单边带调制器（15）的信号输入端连接；所述单边带调制器（15）的出射端通过单模光纤跳线与第二偏振控制器（17）的入射端连接；所述第二偏振控制器（17）的出射端通过单模光纤跳线与第四光隔离器（18）的入射端连接；所述第四光隔离器（18）的出射端与掺铒光纤（23）的一端连接；

所述泵浦激光源（20）通过单模光纤跳线与波分复用器（21）的第一端口连接；所述反射镜（22）通过单模光纤跳线与波分复用器（21）的第二端口连接；所述波分复用器（21）的第三端口通过单模光纤跳线与掺铒光纤（23）的一端连接；所述掺铒光纤（23）的另一端通过单模光纤跳线与保偏光纤（19）的另一入射端连接；所述保偏光纤（19）的出射端直接输出激光。

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