CN113241577A - 基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器 - Google Patents

基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器，包括：激光源、1×2光纤耦合器、第一随机光脉冲发生器、第一电光调制器、第一光隔离器、第一掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第一偏振控制器、第二光隔离器、第二随机光脉冲发生器、第二电光调制器、第三光隔离器、延迟光纤、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振合束器、第四光隔离器、掺铒光纤、保偏光纤、随机布里渊动态光栅、泵浦激光源、波分复用器、高反射光纤布拉格光栅、调谐装置。本发明解决了依靠长距离光栅才能满足随机激光激射的问题，并且提供了一种无需高功率泵浦源实现输出随机激光可调谐的激光器。

Description

基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器
技术领域
本发明涉及随机光纤激光器技术领域，更具体的涉及一种基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器。
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，与常规光纤激光器相比，得益于其无谐振模式、更好的稳定性、更高的可靠性、更简单的结构等优势，近年来在高功率、高效率、宽谱发射、低相干性等多类型新光源探索方面得到了长足的发展，产生了一系列研究成果。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、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。
现有技术中随机光纤激光器装置仅实现了随机激光的产生，无法改变随机激光的输出波长。现有技术的可调谐随机光纤激光器，在掺铒光纤中刻入随机光纤光栅，并与周期性光纤光栅之间形成谐振腔，当谐振腔中的光达到激射阈值则会输出随机激光。同时，通过改变光纤光栅的中心波长，实现输出随机激光的可调谐，但该装置需要较大功率的泵浦光及刻入长距离光纤光栅来满足随机激光器的激射。
发明内容
针对现有技术的缺陷或者改进需求，本发明提出基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器，解决输出随机激光需要长距离的光纤、激射阈值高的问题，同时无需高功率泵浦源实现输出随机激光可调谐。
基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器包括：激光源、1×2光纤耦合器、第一随机光脉冲发生器、第一电光调制器、第一光隔离器、第一掺铒光纤放大器、单边带调制器、微波源、第一偏振控制器、第二光隔离器、第二随机光脉冲发生器、第二电光调制器、第三光隔离器、延迟光纤、第二掺铒光纤放大器、第二偏振控制器、偏振合束器、第四光隔离器、掺铒光纤、保偏光纤、随机布里渊动态光栅、泵浦激光源、波分复用器、高反射光纤布拉格光栅、调谐装置。
所述激光源的出射端通过单模光纤与所述1×2光纤耦合器的入射端连接；所述1×2光纤耦合器的第一个出射端通过单模光纤与所述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通过单模光纤与所述第一电光调制器的信号另输入端连接；所述第一电光调制器出射端通过单模光纤与所述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与所述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通过单模光纤与所述单边带调制器的入射端连接；所述微波源的信号输出端通过单模光纤与所述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与所述第一偏振控制器的入射端连接；所述第一偏振控制器的出射端通过单模光纤与所述第二光隔离器的入射端连接。
所述1×2光纤耦合器的第二个出射端通过单模光纤与所述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通过单模光纤与所述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与所述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与所述延迟光纤的一端连接；所述延迟光纤另一端通过单模光纤与所述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通过单模光纤与所述第二偏振控制器的输入端连接；所述第二偏振控制器的出射端通过单模光纤与所述偏振合束器的入射端连接；所述偏振合束器的出射端通过单模光纤与所述第四光隔离器入射端连接；所述保偏光纤的一端经过掺铒光纤与所述第二光隔离器出射端连接，所述保偏光纤另一端与所述第四光隔离器的出射端连接。
所述泵浦激光源通过单模光纤与所述波分复用器的第一端口连接；所述高反射光纤布拉格光栅通过单模光纤的一端与所述波分复用器的第二端口连接，所述高反射光纤布拉格光栅的另一端与所述调谐装置连接，所述调谐装置用于调谐所述高反射光纤布拉格光栅的中心波长。
所述掺铒光纤的一端通过单模光纤与所述波分复用器第三端口连接；所述掺铒光纤的另一端通过单模光纤与所述保偏光纤的一端连接；所述保偏光纤的另一端输出随机激光。
进一步地，所述调谐装置为温度调谐装置和/或应变调谐装置。
本发明是基于高反射光纤布拉格光栅、随机布里渊动态光栅两种光栅的可调谐随机光纤激光器，其容易达到激射阈值，因此不需要大功率的泵浦光源来提供高的泵浦阈值。本发明结合两种不同类型光栅的各自优势，既可以实现所输出的随机激光的可调谐，克服需要长距离光栅才能满足随机激光激射的问题。并且本发明可以实现高功率的随机激光的输出，使得激射出的激光强度更大。
附图说明
图1是本发明实施例的基于两种光栅的可调谐随机激光器的结构示意图；
图2是本发明实施例的基于两种光栅的可调谐随机激光器产生的随机激光在光纤中的传播示意图。
其中的附图标记如下：
激光源1、1×2光纤耦合器2、第一随机光脉冲发生器3、第一电光调制器4、第一光隔离器5、第一掺铒光纤放大器6、单边带调制器7、微波源8、第一偏振控制器9、第二光隔离器10、第二随机光脉冲发生器11、第二电光调制器12、第三光隔离器13、延迟光纤14、第二掺铒光纤放大器15、第二偏振控制器16、偏振合束器17、第四光隔离器18、掺铒光纤19、保偏光纤20、随机布里渊动态光栅21、泵浦激光源22、波分复用器23、高反射光纤布拉格光栅24、调谐装置25。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1示出了本发明实施例的基于两种光栅的可调谐随机激光器的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的基于两种光栅的可调谐随机激光器，包括激光源1、1×2光纤耦合器2、第一随机光脉冲发生器3、第一电光调制器4、第一光隔离器5、第一掺铒光纤放大器6、单边带调制器7、微波源8、第一偏振控制器9、第二光隔离器10、第二随机光脉冲发生器11、第二电光调制器12、第三光隔离器13、延迟光纤14、第二掺铒光纤放大器15、第二偏振控制器16、偏振合束器17、第四光隔离器18、掺铒光纤19、保偏光纤20、随机布里渊动态光栅21、泵浦激光源22、波分复用器23、高反射光纤布拉格光栅24和调谐装置25。
其中，激光源1的出射端通过单模光纤与1×2光纤耦合器2的入射端连接；1×2光纤耦合器2的第一个出射端通过单模光纤与第一电光调制器4入射端连接；第一随机光脉冲发生器3的信号输出端通过单模光纤与第一电光调制器4的信号输入端连接；第一电光调制器4的出射端通过单模光纤与第一光隔离器5入射端连接；第一光隔离器5的出射端通过单模光纤与第一掺铒光纤放大器6的入射端连接，第一掺铒光纤放大器6的输出端通过单模光纤与单边带调制器7的入射端连接；微波源8的信号输出端通过单模光纤与单边带调制器7的信号输入端连接；单边带调制器7的出射端通过单模光纤与第一偏振控制器9的入射端连接；第一偏振控制器9的出射端通过单模光纤与第二光隔离器10的入射端连接。
1×2光纤耦合器2的第二个出射端通过单模光纤与第二电光调制器12的入射端连接；第二随机光脉冲发生器11的信号输出端通过单模光纤与第二电光调制器12的信号输入端连接；第二电光调制器12的出射端通过单模光纤与第三光隔离器13的入射端连接；第三光隔离器13的出射端通过单模光纤与延迟光纤14的一端连接；延迟光纤14的另一端通过单模光纤与第二掺铒光纤放大器15的入射端连接；第二掺铒光纤放大器15的输出端通过单模光纤与第二偏振控制器16的输入端连接；第二偏振控制器16的出射端通过单模光纤与偏振合束器17的入射端连接；偏振合束器17的出射端通过单模光纤与第四光隔离器18的入射端连接；保偏光纤20的一端经过掺铒光纤与第二光隔离器10的出射端连接，保偏光纤20的另一端与第四光隔离器18的出射端连接。
泵浦激光源22通过单模光纤与波分复用器23的第一端口连接；高反射光纤布拉格光栅24的一端通过单模光纤与波分复用器23的第二端口连接；高反射光纤布拉格光栅24的另一端与调谐装置25连接，调谐装置25用于调谐所述高反射光纤布拉格光栅24的中心波长。
掺铒光纤19的一端通过单模光纤与波分复用器23第三端口连接；掺铒光纤19的另一端通过单模光纤与保偏光纤20的一端连接；保偏光纤20的另一端直接输出随机激光。
随机布里渊动态光栅21的产生原理：激光源1发出第一路泵浦光经过第一电光调制器4和第一随机光脉冲发生器3后，被调制为重复频率随机变化的随机光脉冲，该随机光脉冲依次经过第一光隔离器5、第一掺铒光纤放大器6、单边带调制器7、第一偏振控制器9、第二光隔离器10进入保偏光纤20的一端；泵浦激光源22发出第二路泵浦光经过第二电光调制器12和第二随机光脉冲发生器11调制为另一重复频率随机变化的随机光脉冲，该随机光脉冲依次经过第二随机光脉冲发生器11、第二电光调制器12、第三光隔离器13、延迟光纤14、第二掺铒光纤放大器15、第二偏振控制器16、偏振合束器17及第四光隔离器18进入保偏光纤20的另一端。进入保偏光纤20两端的随机光脉冲在保偏光纤20中相遇从而随机调制保偏光纤20折射率，发生受激布里渊散射，最终在保偏光纤20中形成随机布里渊动态光栅。
随机激光的调谐工作原理：随机激光输出后，通过改变高反射光纤布拉格光栅24的中心波长，实现随机激光的可调谐。温度和应变的控制均可以改变高反射光纤布拉格光栅24的中心波长。因此高反射光纤布拉格光栅24通过调谐装置25对其施加轴向应变，或高反射光纤布拉格光栅24通过温度调谐装置对其进行温度控制，再通过波分复用器23及后面装置进行连接，如此便实现激光器所发出的随机激光可调谐。
在本发明的一个具体示例中，调谐装置25为温度调谐装置和/或应变调谐装置。
图2示出了本发明实施例基于两种光栅的可调谐随机激光器产生的随机激光在光纤中的传播示意图。
光纤中加入泵浦激光源22，光子在光纤中经过高反射光纤布拉格光栅24和随机布里渊动态光栅21发生多重反射，沿着随机确立的路径传播，同时传播过程中不断地受激放大，最终形成激射，在随机布里渊动态光栅21端的光纤中输出随机激光；在输出随机激光后，再经过对高反射光纤布拉格光栅24的调制，改变其中心波长，最终实现对输出随机激光波长的调谐。
随机激光的产生原理：泵浦激光源22通过单模光纤与波分复用器23的第一端口连接，从而将泵浦光耦合进入光路中；同时，波分复用器23的第三端口与掺铒光纤19的一端连接对其进行一定的激励，使得掺铒光纤19中的铒离子被激发至高能级，进而发生辐射并使得通信波段的光增益变大；当光路经过保偏光纤20中的随机布里渊动态光栅21时会发生随机反馈，随机反馈的光经过掺铒光纤19后光信号被放大，经波分复用器23后再次由高反射光纤布拉格光栅24进行反馈，当泵浦激光源22的泵浦功率足够高时，随机反馈光在高反射光纤布拉格光栅24和随机布里渊动态光栅21之间来回振荡并形成谐振腔，该谐振腔系统中总的增益达到可以克服腔中的损耗时就会发生谐振，从而在单模光纤的另一端激射形成随机激光。
在本发明的一个优选实施例中，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21的中心波长为1550nm，保偏光纤长度为3m。
本发明是基于高反射光纤布拉格光栅、随机布里渊动态光栅两种光栅的可调谐随机光纤激光器，其容易达到激射阈值，因此不需要大功率的泵浦光源来提供高的泵浦阈值。本发明结合两种不同类型光栅的各自优势，既可以实现所输出的随机激光的可调谐，克服需要长距离光栅才能满足随机激光激射的问题。并且本发明可以实现高功率的随机激光的输出，使得激射出的激光强度更强。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器，其特征在于，包括：激光源(1)、1×2光纤耦合器(2)、第一随机光脉冲发生器(3)、第一电光调制器(4)、第一光隔离器(5)、第一掺铒光纤放大器(6)、单边带调制器(7)、微波源(8)、第一偏振控制器(9)、第二光隔离器(10)、第二随机光脉冲发生器(11)、第二电光调制器(12)、第三光隔离器(13)、延迟光纤(14)、第二掺铒光纤放大器(15)、第二偏振控制器(16)、偏振合束器(17)、第四光隔离器(18)、掺铒光纤(19)、保偏光纤(20)、随机布里渊动态光栅(21)、泵浦激光源(22)、波分复用器(23)、高反射光纤布拉格光栅(24)、调谐装置(25)；
所述激光源(1)的出射端通过单模光纤与所述1×2光纤耦合器(2)的入射端连接；所述1×2光纤耦合器(2)的第一个出射端通过单模光纤与所述第一电光调制器(4)入射端连接；所述第一随机光脉冲发生器(3)的信号输出端通过单模光纤与所述第一电光调制器(4)的信号另输入端连接；所述第一电光调制器(4)出射端通过单模光纤与所述第一光隔离器(5)入射端连接；所述第一光隔离器(5)出射端通过单模光纤与所述第一掺铒光纤放大器(6)的入射端连接，所述第一掺铒光纤放大器(6)的输出端通过单模光纤与所述单边带调制器(7)的入射端连接；所述微波源(8)的信号输出端通过单模光纤与所述单边带调制器(7)的信号输入端连接；所述单边带调制器(7)的出射端通过单模光纤与所述第一偏振控制器(9)的入射端连接；所述第一偏振控制器(9)的出射端通过单模光纤与所述第二光隔离器(10)的入射端连接；
所述1×2光纤耦合器(2)的第二个出射端通过单模光纤与所述第二电光调制器(12)入射端连接；所述第二随机光脉冲发生器(11)的信号输出端通过单模光纤与所述第二电光调制器(12)的信号输入端连接；所述第二电光调制器(12)出射端通过单模光纤与所述第三光隔离器(13)入射端连接；所述第三光隔离器(13)出射端通过单模光纤与所述延迟光纤(14)的一端连接；所述延迟光纤(14)另一端通过单模光纤与所述第二掺铒光纤放大器(15)的入射端连接；所述第二掺铒光纤放大器(15)的输出端通过单模光纤与所述第二偏振控制器(16)的输入端连接；所述第二偏振控制器(16)的出射端通过单模光纤与所述偏振合束器(17)的入射端连接；所述偏振合束器(17)的出射端通过单模光纤与所述第四光隔离器(18)入射端连接；所述保偏光纤(20)的一端经过掺铒光纤(19)与所述第二光隔离器(10)出射端连接，所述保偏光纤(20)的另一端与所述第四光隔离器(18)的出射端连接；
所述泵浦激光源(22)通过单模光纤与所述波分复用器(23)的第一端口连接；所述高反射光纤布拉格光栅(24)通过单模光纤的一端与所述波分复用器(23)的第二端口连接，所述高反射光纤布拉格光栅(24)的另一端与所述调谐装置(25)连接，所述调谐装置(25)用于调谐所述高反射光纤布拉格光栅(24)的中心波长；
所述掺铒光纤(19)的一端通过单模光纤与所述波分复用器(23)的第三端口连接；所述掺铒光纤(19)的另一端通过单模光纤与所述保偏光纤(20)的一端连接；所述保偏光纤(20)的另一端输出随机激光。
2.根据权利要求1所述基于两种光栅的可调谐随机光纤激光器，其特征在于，所述调谐装置(25)为温度调谐装置和/或应变调谐装置。
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