CN111244735A - 一种环形窄带光纤光栅随机激光器及产生随机激光的方法 - Google Patents

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Abstract

针对现有技术中的光纤随机激光发生器具有阈值高、转换效率低和随机反馈弱的缺点，本发明提供一种环形窄带光纤光栅随机激光器及产生随机激光的方法，包括用于提供激光的泵浦激光光源、光纤波分复用器、光纤耦合器、输出端以及有源光纤；其中，所述的有源光纤连接光纤耦合器设置在光纤波分复用器输入端与公共端之间，构成环形腔；输出端设置在光纤耦合器的输出端；其技术方案在于：还包括随机刻写在有源光纤上的弱反射率光纤光栅串。本发明具有激射阈值低、转换效率高、光纤长度短、成本低、结构简单的优点，并且波长可在宽带范围内调谐。

Description

一种环形窄带光纤光栅随机激光器及产生随机激光的方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种环形窄带光纤光栅随机激光器及产生随机激光的方法。
背景技术
随机光纤激光器由于具有较好的方向性和较高的输出而被广泛研究。
2010年，Turitsyn等人提出了一种基于标准单模光纤的随机激光器，利用瑞利散射提供随机光学反馈，通过受激拉曼散射提供增益。光纤随机激光器的增益可以由受激拉曼散射、受激布里渊散射或有源光纤提供，随机反馈可以由瑞利散射和弱反射光栅提供。其中，基于受激拉曼散射的随机激光器的阈值高于基于受激布里渊散射或有源光纤的随机激光器，基于瑞利散射的随机反馈弱于基于弱反射光栅提供的随机反馈，导致基于受激拉曼散射原理提供增益或基于瑞利散射提供随机反馈的随机激光阈值相对较高，转换效率偏低。
现有的，如《Random laser with multiphase-shifted Bragg grating in Er/Yb-codoped fiber》。该方案提出在25毫米长的铒镱共掺的光纤上刻写多个随机相移光栅，相移光栅反射率高于99％，基于光局域效应，实现低阈值随机激光输出。但是，由于该方案没有采用环形腔结构，光纤光栅透射的光没有被重复利用，且输出波长数量与泵浦光功率有关，波长随时间漂移、不稳定。
再有，如《Randomly spaced chirped grating-based random fiber laser》。该方案提出在1米长的掺铒光纤上刻写间距随机的弱反射率啁啾光纤光栅，实现低阈值多波长随机激光输出。但是，由于没有采用环形腔结构，光纤光栅透射的光没有被重复利用，且随机激光强度不稳定，波长数量随泵浦光功率发生变化。
再有，如中国专利申请CN201210111091.7，名称为《一种环形腔宽带随机光纤激光器》，其技术方案为“波分复用器WDM(3)一端口(2)连接泵浦光源(1)，波分复用器WDM二端口(4)与公共端(8)分别连接标准单模光纤(7)两端构成闭合回路；分束器(5)作为随机激光输出端口(6)连接在波分复用器WDM二端口(4)与标准单模光纤(7)之间，波分复用器WDM(3)一端口(2)通过波长对应泵浦光波长，通过波分复用器WDM二端口(4)波长对应泵浦光的一阶拉曼斯托克斯光波长”。该方案使用长度为125千米的光纤产生拉曼散射，同时利用125千米光纤的瑞利散射提供随机光学反馈，从而产生随机激光输出。虽然采用了环形腔结构，但是由于光纤很长，泵浦光因经历较大损耗而无法在环形腔内循环运转，激光器的运转机理与基于线性腔的随机光纤激光器基本相同。同时，由于拉曼散射阈值较高，瑞利散射较弱，该方案产生的随机激光阈值高、转换效率低。
总之，现有的光纤随机激光器具有阈值高、转换效率低和随机反馈弱的缺点。
发明内容
针对现有技术中的光纤随机激光器具有阈值高、转换效率低和随机反馈弱的缺点，本发明提供一种环形窄带光纤光栅随机激光器及产生随机激光的方法，能够有效地解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种环形窄带光纤光栅随机激光器，包括泵浦激光光源、光纤波分复用器、光纤耦合器、输出端以及有源光纤；其中，所述有源光纤连接光纤耦合器设置于光纤波分复用器输入端与公共端之间；其技术方案在于：在有源光纤上随机刻写弱反射率光纤光栅串，并将其置于由波分复用器构成的环形腔内。
需要明确的是：环形设置的有源光纤构成环形腔，而弱反射率光纤光栅串设置在该环形腔内。
一种产生随机激光的方法，其技术方案在于：泵浦激光光源经过光纤波分复用器进入有源光纤构成的环形腔，有源光纤中增益离子吸收泵浦激光光源输出的激光后跃迁；弱反射率光纤光栅串随机刻写在有源光纤上，构成随机光学谐振腔；弱反射率光纤光栅串既产生反射光也产生透射光，使光在不同光纤光栅之间随机反射，同时被有源光纤放大，如此反复振荡，产生随机激光；产生的随机激光在上述的环形腔内循环运转，多次被有源光纤放大，同时再被弱反射率光纤光栅串随机反射，从而产生随机激光在输出端输出。
有益效果：本发明将有源光纤和弱反射率光纤光栅串放置于由光纤波分复用器构成的环形腔内，利用有源光纤提供增益，利用弱反射率光纤光栅串提供随机光学反馈；更重要的是，本发明不仅利用光纤光栅后向反射的光产生随机激光，而且利用光纤光栅透射的光产生随机激光。因此，本发明提出的随机激光的随机性和出射功率均被大大增强，具有激射阈值低、转换效率高、光纤长度短、成本低、结构简单的优点，并且波长可在宽带范围内调谐。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的发明构思是：一种产生随机激光的方法，其技术方案在于：泵浦激光光源1经过光纤波分复用器2进入有源光纤6构成的环形腔，有源光纤6中增益离子吸收泵浦激光光源1输出的激光后跃迁；弱反射率光纤光栅串3随机刻写在有源光纤6上，构成随机光学谐振腔；弱反射率光纤光栅串3既产生反射光也产生透射光，使光在不同光纤光栅之间随机反射，同时被有源光纤6放大，如此反复振荡，产生随机激光；产生的随机激光在上述的环形腔内循环运转，多次被有源光纤6放大，同时再被弱反射率光纤光栅串3随机反射，从而产生随机激光在输出端5输出。
为了实现上述方法，如图1，一种环形窄带光纤光栅随机激光器，包括用于提供激光的泵浦激光光源1、光纤波分复用器2、弱反射率光纤光栅串3、光纤耦合器4、输出端5以及有源光纤6；其中，有源光纤6上随机刻写有弱反射率光纤光栅串3；所述的泵浦激光光源1与光纤波分复用器2的第一输入端连接；所述有源光纤6的输出端与光纤耦合器4的输入端连接；所述光纤耦合器4的第一输出端与光纤波分复用器2的第二输入端连接；所述光纤耦合器4的第二输出端输出随机激光；所述有源光纤6的输入端与光纤波分复用器2的公共输出端连接；输出端5设置在光纤耦合器4的输出端。
具体的，泵浦激光光源1可以使用980nm泵浦源，也可以使用1480nm泵浦源；弱反射率光纤光栅串3可以是间距随机的光纤光栅串，也可以是随机相移的弱反射率光纤光栅串；光纤波分复用器2可以是980nm/1550nm，或者1480nm/1550nm，或者980nm/1060nm。
本发明采用有源光纤6提供增益，采用弱反射率光纤光栅串3产生随机光学反馈。与拉曼散射的高阈值相比，采用有源光纤6提供增益时产生的随机激光阈值更低；同时，光纤光栅6提供的随机反馈远大于相同长度光纤产生的瑞利散射。
而且，与背景技术中指出的中国专利申请CN201210111091.7，名称为《一种环形腔宽带随机光纤激光器》的技术方案相比，本发明将有源光纤6和弱反射率光纤光栅串3放置在由有源光纤6构成的环形腔内，泵浦激光光源1输出的激光在有源光纤6构成的环形腔内被高效利用，具有转换效率更高的优点。
本发明通过有源光纤6构成的环形腔与弱反射率光纤光栅串3结合使用，不仅利用了光纤光栅后向反射的光产生随机激光，而且利用了光纤光栅透射的光产生随机激光。因此，本发明提出的方案具有阈值更低、转换效率更高、所需光纤长度更短的优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易变化或替换，都属于本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种环形窄带光纤光栅随机激光器，包括用于提供激光的泵浦激光光源(1)、光纤波分复用器(2)、光纤耦合器(4)、输出端(5)以及有源光纤(6)；其中，所述的有源光纤(6)连接光纤耦合器(4)后形成环形设置在光纤波分复用器(2)输入端与公共端之间；输出端(5)设置在光纤耦合器(4)的输出端；其特征在于：还包括随机刻写在有源光纤(6)上的弱反射率光纤光栅串(3)。
2.根据权利要求1所述的一种环形窄带光纤光栅随机激光器，其特征在于：所述的泵浦激光光源(1)与光纤波分复用器(2)的第一输入端连接；所述有源光纤(6)的输出端与光纤耦合器(4)的输入端连接；所述光纤耦合器(4)的第一输出端与光纤波分复用器(2)的第二输入端连接；所述光纤耦合器(4)的第二输出端输出随机激光；所述有源光纤(6)的输入端与光纤波分复用器(2)的公共输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种环形窄带光纤光栅随机激光器，其特征在于：弱反射率光纤光栅串(3)是间距随机的光纤光栅串或随机相移的弱反射率光纤光栅串。
4.一种产生随机激光的方法，其特征在于：泵浦激光光源(1)经过光纤波分复用器(2)进入有源光纤(6)，有源光纤(6)中增益离子吸收泵浦激光光源(1)输出的激光后跃迁；弱反射率光纤光栅串(3)随机刻写在有源光纤(6)上，构成随机光学谐振腔；弱反射率光纤光栅串(3)既产生反射光也产生透射光，使光在不同光纤光栅之间随机反射，同时被有源光纤(6)放大，如此反复振荡，产生随机激光；产生的随机激光在由有源光纤(6)、光纤耦合器(4)和光纤波分复用器(2)构成的环形腔内循环运转，多次被有源光纤(6)放大，同时再被弱反射率光纤光栅串(3)随机反射，从而产生随机激光在输出端(5)输出。
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