CN113872027A - 一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器、光隔离器、掺铒光纤放大器、可调谐光纤衰减器、第一偏振控制器、第一光纤环形器、第二偏振控制器、双耦合器环形谐振器、第二光纤环形器和瑞利散射光纤，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器分别连接所述第一光纤环形器的端口一和端口三，所述双耦合器环形谐振器的输出端和瑞利散射光纤的输入端分别连接所述第二光纤环形器的端口一和端口二，所述第一光纤环形器的端口二和第二光纤环形器的端口三之间连接布里渊增益光纤，本发明所公开的布里渊随机光纤激光器能够压制激光器内的模式竞争，并可因此降低随机激光输出的相对强度噪声和频率噪声，提高输出激光的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，特别涉及一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器。
背景技术
随机光纤激光器是指利用长距离无源光纤中的微弱瑞利散射提供随机的分布式反馈替代传统反馈方式的一种光纤激光器类型。研究发现，随机光纤激光器具有无纵模、高稳定性和结构简单等特点。近些年的研究表明，随机光纤激光器在高功率激光输出、高效率激光输出、多波长激光输出、特殊波段激光输出以及包括光谱光学和光学传感在内的多个相关应用方面都展现出其独特的优势与广阔的应用前景。
在2010年，Turitsyn等人首次利用普通单模光纤中的受激拉曼散射和瑞利散射分别提供激光增益和分布式随机反馈实现了一种拉曼随机光纤激光器，这是第一个真正意义上的随机光纤激光器。除了受激拉曼散射以外，随机光纤激光器还可以通过其他类型的增益实现，例如：铒离子增益、布里渊增益和半导体增益等等；其中布里渊增益凭借其长光纤内的低激光阈值、高增益系数、窄增益带宽、非均匀加宽等优势在上述多个增益类型中脱颖而出。
2013年，Meng Pang等人利用两段较长的单模光纤分别提供布里渊增益和分布式随机反馈，构成了一个半开放式环形腔布里渊随机光纤激光器，并在输出激光的频谱中观察到一个位于布里渊增益谱顶端的～10Hz的超窄尖峰。与此同时线性腔的布里渊随机光纤激光器(包括单端泵浦和双端泵浦)也逐渐被提出，也可实现较窄的激光输出。
但不论是半开放式环形腔还是线性腔的布里渊随机光纤激光器，他们的激光输出都存在相对较强的不稳定性，这是由于激光器结构中的长光纤受到的扰动和随机分布式反馈产生的随机分布的腔长导致的，而且在输出的激光中还因为较强的模式竞争而存在跳模现象甚至多模谐振现象；尽管后来有一些工作者利用法伯干涉仪、保偏光纤等来降低布里渊随机光纤激光器输出激光的噪声，但加入法伯干涉仪的方法需要对该干涉仪进行精细的调节，这增加了系统的操作复杂性，而且商用的法伯干涉仪价格昂贵，性价比太低；而用保偏光纤的方法只消除了因为泵浦光与Stokes光的偏振态不匹配而引起的激光输出不稳定，没能完全消除使得激光输出不稳定的因素。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，以达到降低激光的相对强度噪声和频率噪声，提高输出激光的稳定性的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器、光隔离器、掺铒光纤放大器、可调谐光纤衰减器、第一偏振控制器、第一光纤环形器、第二偏振控制器、双耦合器环形谐振器、第二光纤环形器和瑞利散射光纤，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器分别连接所述第一光纤环形器的端口一和端口三，所述双耦合器环形谐振器的输出端和瑞利散射光纤的输入端分别连接所述第二光纤环形器的端口一和端口二，所述第一光纤环形器的端口二和第二光纤环形器的端口三之间连接布里渊增益光纤。
上述方案中，所述双耦合器环形谐振器包括耦合比不同的光纤耦合器一和光纤耦合器二，所述光纤耦合器一和光纤耦合器二均包括两个输入端和两个输出端，所述光纤耦合器一的耦合比为50:50，所述光纤耦合器二的耦合比为70:30；所述光纤耦合器一的其中一个输出端通过单模光纤一连接光纤耦合器二的70％光功率的输入端，所述光纤耦合器一的其中一个输入端通过一段12m长的单模光纤二连接光纤耦合器二的70％光功率的输出端。
上述方案中，所述泵浦激光器是一个中心波长为1550.124nm、线宽为15kHz、输出功率为10mW的半导体激光器。
上述方案中，所述布里渊增益光纤为一段长度为25km的单模光纤。
上述方案中，所述瑞利散射光纤为一段长度为5km的单模光纤。
上述方案中，所述布里渊随机光纤激光器中所有的器件之间都通过FC/APC的光纤头和法兰盘连接。
通过上述技术方案，本发明提供的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器具有如下有益效果：
本发明根据Vernier原理增加了双耦合器环形谐振器(DCFRR)，使得布里渊随机光纤激光器腔内的纵模只能在布里渊增益的最高频率处并同时满足双耦合器环形器和激光器主腔谐振条件时起振，解决了该激光器在较大频率范围内存在强烈模式竞争导致激光输出不稳定的问题，成功的将由模式竞争引发的跳模和多模谐振现象控制在了一个更小的频率范围内，降低了激光的相对强度噪声和频率噪声，提高了输出激光的稳定性。与现有的技术相比较，本专利采用的双耦合器环形谐振器结构具有性价比高、易操作、选模效果好等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器示意图；
图2为本发明实施例所公开的双耦合器环形谐振器结构图；
图3为布里渊随机光纤激光器的有效FSR(FSRe)的形成原理(Vernier原理)图；
图4为延迟自外差法测量装置的结构图；
图5为布里渊随机光纤激光器的输出功率随泵浦光功率的变化而变化的情况，(a)不加双耦合器环形谐振器(b)加双耦合器环形谐振器；
图6为布里渊随机光纤激光器在20MHz频率范围内的归一化多模谐振统计直方图(a)不加双耦合器环形谐振器，(b)加双耦合器环形谐振器；
图7为延迟自外差法测量的加双耦合器环形谐振器的布里渊随机光纤激光器的拍频信号的频谱图；
图8为布里渊随机光纤激光器相对强度噪声测量装置；
图9为三种激光器的相对强度噪声比较(A代表不加双耦合器环形谐振器的布里渊随机光纤激光器，B代表加双耦合器环形谐振器的布里渊随机光纤激光器双耦合器环形谐振器，C代表商用半导体激光器)；
图10为布里渊随机光纤激光器频率噪声测量装置；
图11为三种激光器的频率噪声比较(A代表商用半导体激光器，B代表不加双耦合器环形谐振器的布里渊随机光纤激光器，C代表加双耦合器环形谐振器的布里渊随机光纤激光器)。
图中，1、泵浦激光器；2、光隔离器；3、掺铒光纤放大器；4、可调谐光纤衰减器；5、第一偏振控制器；6、第一光纤环形器；7、第二偏振控制器；8、双耦合器环形谐振器；9、第二光纤环形器；10、瑞利散射光纤；11、布里渊增益光纤；12、光纤耦合器一；13、光纤耦合器二；14、单模光纤一；15、单模光纤二；16、光纤耦合器三；17、声光调制器；18、延迟光纤一；19、光纤耦合器四；20、光电探测器一；21、频谱仪；22、光电探测器二；23、示波器一；24、延迟光纤二；25、法拉第旋转镜一；26、法拉第旋转镜二；27、光纤耦合器五；28、光电探测器三；29、光电探测器四；30、示波器二。
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。
本发明提供了一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，如图1所示，包括依次连接的泵浦激光器(Pump laser)1、光隔离器(ISO)2、掺铒光纤放大器(EDFA)3、可调谐光纤衰减器(VOA)4、第一偏振控制器(PC1)5、第一光纤环形器(CIR1)6、第二偏振控制器(PC2)7、双耦合器环形谐振器(DCFRR)8、第二光纤环形器(CIR2)9和瑞利散射光纤10，第一偏振控制器5和第二偏振控制器7分别连接第一光纤环形器6的端口一①和端口三③，双耦合器环形谐振器8的输出端和瑞利散射光纤10的输入端分别连接第二光纤环形器9的端口一①和端口二②，第一光纤环形器6的端口二②和第二光纤环形器9的端口三③之间连接布里渊增益光纤11。
布里渊增益光纤11为一段长度为25km的单模光纤，瑞利散射光纤10为一段长度为5km的单模光纤。
泵浦激光器1是一个中心波长为1550.124nm、线宽为15kHz、输出功率为10mW的半导体激光器。其后的光隔离器2只能允许泵浦光单向传输，用来防止激光返回泵浦激光腔内从而损坏泵浦激光器1。为了提供更高的泵浦光功率，需用掺铒光纤放大器3对泵浦激光进行放大；随后的可调谐光纤衰减器4用来精细的调节进入随机激光器谐振腔的泵浦光功率的大小。第一偏振控制器5和第二偏振控制器7能够调控传输光的偏振态。
第一光纤环形器6和第二光纤环形器9能够使从不同端口输入的光从顺时针/逆时针相邻的下一个端口输出，即从端口一①输入的光从端口二②输出，从端口二②进入的光从端口三③输出，但从端口三③输入的光不能够从端口一①输出，因此端口二②到端口三③也在一定程度上起到了光纤隔离器的作用。端口环绕的方向为第一光纤环形器6和第二光纤环形器9上标明的方向(第一光纤环形器6的端口一、二、三为顺时针环绕，第二光纤环形器9的端口一、二、三为逆时针环绕)。
双耦合器环形谐振器8包括耦合比不同的光纤耦合器一(OC1)12和光纤耦合器二(OC2)13，光纤耦合器一12和光纤耦合器二13均包括两个输入端和两个输出端，光纤耦合器一12的耦合比为50:50，光纤耦合器二13的耦合比为70:30；光纤耦合器一12的其中一个输出端通过单模光纤一14连接光纤耦合器二13的70％光功率的输入端，光纤耦合器一12的其中一个输入端通过一段12m长的单模光纤二15连接光纤耦合器二13的70％光功率的输出端。
如图2所示，光纤耦合器一12和光纤耦合器二13均为2×2的耦合器，从一侧的任一端口入射的光都会被分为两束光从另一侧的两个端口输出，且对于耦合比不同的光纤耦合器从另一侧输出的光功率有所不同；对于耦合比为50:50的光纤耦合器一12，无论从输入端一侧的任何一个端口输入的光在另一侧的两个端口输出的光功率是相等的，即从端口a、b输入的光功率，在端口c、d的输出光功率相等，都是50％，反之亦然；对于耦合比为70:30的光纤耦合器二13，从70％光功率的入射端(端口e)的入射光光功率的30％从30％光功率的输出端(端口g)输出，70％从70％光功率的输出端(端口h)输出，而从30％入射端(端口f)入射的光则与之相反。
布里渊随机光纤激光器中上述所有的器件之间都通过FC/APC的光纤头和法兰盘连接。
泵浦激光器1发出的泵浦光经过光隔离器2、掺铒光纤放大器3、可调谐光纤衰减器4，穿过第一偏振控制器5后，到达第一光纤环形器6的端口一①，再从端口一①传输到端口二②，然后进入一段25km的单模光纤(布里渊增益光纤11)中，并在布里渊增益光纤11中发生布里渊效应(一种非线性效应)并产生Stokes光，该Stokes光的传输方向与传入布里渊增益光纤11内的泵浦光相反，且比泵浦光的频率低～10GHz。
Stokes光首先产生于25km光纤内的自发布里渊散射，自发布里渊散射是因为光纤中分子的热运动产生了声波，从而引起了光纤材料的折射率变化，形成了光纤光栅并对输入的泵浦光进行散射，由于光纤光栅在散射泵浦光的同时也在以声波的传输速度向前运动，因此被散射的泵浦光也就是Stokes光会发生多普勒频移，因此Stokes光的频率比泵浦光下降了～10GHz。此时产生的散射为自发布里渊散射，随着产生的Stokes光也逐渐增强，当Stokes光增强到一定强度时，它会与其反向传播的泵浦光发生干涉，产生较强的空间干涉谱，使得相干相长处的光纤的折射率增强，此时又会由于电致伸缩效应产生声波，而产生的声波又会加强布里渊散射产生大量的Stokes光，布里渊散射的增强会产生更多的声子，两者相互作用，产生强烈的受激布里渊散射，这也相当于受激布里渊散射对自发布里渊产生的Stokes光进行了放大，随后反向传输的Stokes光传入第一光纤环形器6的端口二②，并从端口三③输出。为了使得产生的Stokes光能够获得最大的布里渊增益，在第一光纤环形器6的端口一①前端加入了第一偏振控制器5，用于调节输入布里渊增益光纤11的泵浦光的偏振态，使得泵浦光与Stokes光的偏振态匹配。
从第一光纤环形器6的端口三③输出的Stokes光随后穿过第二偏振控制器7后通过双耦合器环形谐振器8，然后经过第二光纤环形器9的端口一①、端口二②进入一段5km长的单模光纤SMF(瑞利散射光纤10)中，此处的双耦合器环形谐振器8用来作为一个超窄带宽滤波器。由于瑞利散射光纤10的折射率分布不均匀，当Stokes光传入该光纤时会在某些折射率较大的散射点发生瑞利散射，因此输入该瑞利散射光纤10的Stokes光的一小部分会被反向散射，因为瑞利散射是弹性散射，只会改变光的传输方向，不会改变光波的其他性质，且又因为受激布里渊散射增加了腔内激光的相干长度，因此反向散射的Stokes光是高度相干的，所以反向散射光之间会发生相干叠加，特定频率处的光会相干相长，从而产生了频域上的激光梳状谱，再加上产生Stokes光的布里渊增益谱是非均匀的，因此经瑞利散射的Stokes光会在布里渊增益谱的中心频率处产生窄线宽的激光尖峰，即瑞利散射起到了一个超窄线宽滤波器的作用，然后经瑞利散射的Stokes光会进入第二光纤环形器9的端口二②并从端口三③出射，然后返回到25km的布里渊增益光纤11中，此时的Stokes光又会再次作为种子光在布里渊增益光纤11中被放大。
所以，产生的Stokes光会在整个环形腔内循环往复并逐渐被布里渊增益光纤11放大，同时被瑞利散射光纤10和双耦合器环形谐振器8滤波。当产生的Stokes光功率能够克服整个激光器的腔内损耗时，一个窄线宽的激光就会从瑞利散射光纤10的末端发射。
双耦合器环形谐振器8用来做超窄滤波器是根据Vernier理论实现的，该理论如式(1)所示：
FSRe＝n1FSR1＝n2FSR2 (1)
其中，FSR是自由光谱范围也就是谐振腔内的纵模间隔，FSRm＝c/nLm(m＝1,2)分别是主腔和双耦合器环形谐振器的FSR，Lm(m＝1,2)分别是主腔和双耦合器环形谐振器的腔长，nm(m＝1,2)是整数，n＝1.467是光纤的有效折射率，FSRe是该布里渊随机光纤激光器的有效FSR。
加入双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的纵模只会在最高的布里渊增益处而且同时满足主腔和双耦合器环形谐振器的谐振条件的频率处起振，如图3所示，图中的中心虚线和线M、N、O、P都是满足谐振条件的纵模。
基于随机光纤激光器的本身的结构特点，瑞利散射光纤10中散射中心的空间位置是随机分布的，因此在整个光纤的任意长度处都会有Stokes光因为瑞利散射而反馈回主腔内，根据环形腔的纵模间隔公式FSR＝c/nL，假设提供布里渊增益的单模光纤的长度为LB，提供瑞利散射的单模光纤的长度为LR，则主腔的腔长就分布在LB到LB+2LR之间，因此主腔的FSR1也就分布在c/n(LB+2LR)到c/nLB之间，即图3中的FSR11、FSR12、FSR13…；但对于每个不同的FSR1都可以与双耦合器环形谐振器的FSR2组合形成如图3中竖线M、N与中心虚线O之间所示的较宽的有效FSRe，根据双耦合器环形谐振器中的单模光纤二15长度的选择，可以使得最小的FSRe(即图3中的中心虚线与线N或O的间隔)超过布里渊增益谱的半宽度，即在增益谱内只有一个带通窗口，从而将模式竞争限制在较窄的频率范围内。
本发明的布里渊随机光纤激光器使用时首先需要将泵浦光功率设置在合适的强度(～20mW)，并用功率计在激光器的输出端进行监测，通过调节第一偏振控制器5使得输出功率最大；然后用延迟自外差法测量装置(如图4所示)测量输出端激光的拍频信号的频谱，调节第二偏振控制器7使得双耦合器环形谐振器8的滤波中心恰好位于布里渊增益谱的中心位置。
延迟自外差法测量装置的结构如图4所示，首先用2×2 50:50的光纤耦合器三(OC3)16将入射光(待测激光Laser under test)分为光功率相等的两部分，其中一部分进入一个声光调制器(AOM)17，经声光调制器的调制产生80MHz的频移；另一部分进入一个100km的延迟光纤一18，使得两路光完全不相干，经过声光调制器17和延迟光纤一18的两部分光的光功率随后被调节为近似相等，并在50:50的光纤耦合器四(OC4)19处发生拍频，产生一个中心频率为80MHz的拍频信号，然后用光电探测器一(PD1)20获取拍频光的时域信号，并用频谱仪(ESA)21来观测拍频信号的频谱，从而可观察到输出激光的频谱信息。
然后，我们还对该激光器的激光阈值进行了测量。图5(a)和图5(b)展示了随着泵浦功率的提高，不加双耦合器环形谐振器8和加了双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的输出功率的变化情况。对于不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器我们将泵浦光从1mW提升到10mW，最终测得其激光阈值为～3.8mW，激光效率为0.42；对于加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器，我们将泵浦光从1mW加到30mW，最终测得其激光阈值为～5.35mW，激光效率为0.13。从测量的结果可以看出，在加入了损耗较大的双耦合器环形谐振器8之后，激光阈值和激光效率都因此受到影响，不过依然保留了布里渊增益低阈值的特性。
本发明实施过程中为了量化双耦合器环形谐振器8对模式竞争的约束效果，通过延迟自外差法对该布里渊随机光纤激光器的输出激光拍频频谱进行了长时间(20min)的监测，并统计了20MHz范围内的信噪比大于45dB的多纵模起振的数量，将20MHz分为20个小区域，分别统计每个1MHz的小区域内的纵模谐振数目，并对最终的统计结果进行了归一化处理。测量过程中为了体现双耦合器环形谐振器8对于模式竞争的压制效果，我们分别对加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器和不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器进行了测量，并将最终的测量结果进行了对比，测量结果分别如图6(a)和图6(b)所示。
从图6(a)和图6(b)中可以明显的观察到，加了双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器能够将原来的20MHz范围内的跳模现象压制到了2MHz范围内，成功压制了激光腔内的模式竞争。同时我们还用延迟自外差法测量了该激光器的输出激光的线宽，如图7所示，从中可看出20dB处的线宽为11.67kHz，则3dB处的宽度为11.67kHz/√99＝586.4Hz，同时可以看出输出激光的光信噪比大约在50-60dB左右。
对于光纤激光器的输出激光，噪声参数是激光输出稳定性表现十分重要的一部分，因此我们对改进后的布里渊随机光纤激光器的相对强度噪声和频率噪声进行了测量，并与改进前的布里渊随机光纤激光器和商用的半导体激光器的噪声参数进行了比对。
我们首先测量了商用半导体激光器(型号：NLLD-0175-3-34-2)、未加双耦合器环形谐振器8和加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的相对强度噪声，并进行了对比。测量之前，我们分别将不加双耦合器环形谐振器8和加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的泵浦光功率设置在11.5mW和20mW，以便输出同等强度的激光(～2mW)，并将商用的半导体激光器的输出强度设置在2mW。然后用如图8所示的相对强度噪声测量系统对三种激光器的输出进行测量。
测量过程为：
(1)用光电探测器二(PD2)22测量三种待测激光(Laser under test)输出的时域信号；
(2)用示波器一(Oscilloscope)23读取时域信号数据；
(3)经过相对强度数据处理程序的数据处理，得到三者的相对强度噪声，最终测量结果如图9所示。
从图9中我们可以看出，加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器在高频范围(>1kHz)的相对强度噪声略高于商用半导体激光器但比不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器低很多。对于不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器来说，大量的间隔小且不规律的瑞利散射中心提供了密集的随机纵模，这些随机纵模在布里渊增益带宽内有着随机变化的纵模间隔；因此，强烈的模式竞争和模式跳变导致了较强的相对强度噪声。然而，在加了双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器中，较少的纵模能够在双耦合器环形谐振器8的窄传输带宽中起振，腔内的模式密度相对较低，因此由模式竞争和模式跳变引起的强度不稳定被抑制，相比未加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器，相对强度噪声下降了～20dB/Hz。但由于双耦合器环形谐振器8并不能保证单纵模的激光输出，因此加了双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的相对强度噪声比商用半导体激光器的要高。此外，加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器在低频范围内(<1kHz)的相对强度比商用半导体激光器的要高，且在小于100Hz范围内与不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的相对强度噪声相差无几；这是因为，商用半导体激光器通过温控和电反馈引入了许多相对强度噪声的压制机制，然而布里渊随机光纤激光器对于外界的扰动(例如：温度波动、机械振动、声波)都比较敏感，这引起了布里渊增益谱的漂移和腔长的波动，因此在低频处具有相对于商用半导体激光器更高的相对强度噪声。
随后，我们又对三种不同的激光器的频率噪声进行了测量，并将测量结果进行对比，测量装置如图10所示。该测量装置是一个迈克尔逊干涉仪，在该测量系统中，一段2km的单模光纤被插入在干涉仪的一臂中作为延迟光纤二24，法拉第旋转镜一(FRM1)25和法拉第旋转镜二(FRM2)26被连接在测量装置的最左端，这两个法拉第旋转镜不仅能将向左传输的光反射，使得两路光在光纤耦合器五(OC5)27发生干涉，而且能够消除由于光纤内的双折射产生的额外相位差，以免对最终的测量结果产生影响，从光纤耦合器五27输出的干涉信号由光电探测器三(PD3)28和光电探测器四(PD4)29进行探测并用示波器二30读取时域信号，最终用相位解调程序处理数据得到最终的频率噪声信号，三种激光器输出信号的频率噪声测量结果如图11所示。
从图11中我们可以观察到，在整个测量频率范围内，加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的频率噪声低于商用半导体激光器和不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器。对于频率噪声的压制主要归功于对于1/f噪声的压制，这种噪声是由存在于传统的激光腔内的热波动引起的，这里产生的热波动是因为长腔长和随机分布式反馈。不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器的频率噪声比加环形激光器8的要高是因为其缺乏模式稳定机制。在高频范围内(>0.6kHz)，频率噪声被压制是因为在布里渊随机光纤激光器的整个激光产生过程中，泵浦光和Stokes光的相位匹配条件有助于降低频率噪声。高频范围内的随机相位噪声的产生主要由随机分布式瑞利散射以洛伦兹包络的方式沿着超长的光纤主导。因此，布里渊随机光纤激光器中多个瑞利散射中心产生的密集随机模式有效地抑制了高频范围内的频率噪声。此外，双耦合器环形谐振器8可以将随机模式竞争限制在一个较小的频率范围内，这进一步促进了对高频噪声的抑制。因此，在高频范围内，加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器比不加双耦合器环形谐振器8的布里渊随机光纤激光器以及商用半导体激光器的频率噪声要低。
总之，经过以上关于本发明的结构描述以及实验结果的分析与讨论，我们最终实现了一台窄线宽低噪声的布里渊随机光纤激光器，可将其应用于光纤传感、光谱测量、随机数产生、微波产生等领域，应用面广且价格低廉。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，其特征在于，包括依次连接的泵浦激光器、光隔离器、掺铒光纤放大器、可调谐光纤衰减器、第一偏振控制器、第一光纤环形器、第二偏振控制器、双耦合器环形谐振器、第二光纤环形器和瑞利散射光纤，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器分别连接所述第一光纤环形器的端口一和端口三，所述双耦合器环形谐振器的输出端和瑞利散射光纤的输入端分别连接所述第二光纤环形器的端口一和端口二，所述第一光纤环形器的端口二和第二光纤环形器的端口三之间连接布里渊增益光纤。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，其特征在于，所述双耦合器环形谐振器包括耦合比不同的光纤耦合器一和光纤耦合器二，所述光纤耦合器一和光纤耦合器二均包括两个输入端和两个输出端，所述光纤耦合器一的耦合比为50:50，所述光纤耦合器二的耦合比为70:30；所述光纤耦合器一的其中一个输出端通过单模光纤一连接光纤耦合器二的70％光功率的输入端，所述光纤耦合器一的其中一个输入端通过一段12m长的单模光纤二连接光纤耦合器二的70％光功率的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，其特征在于，所述泵浦激光器是一个中心波长为1550.124nm、线宽为15kHz、输出功率为10mW的半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，其特征在于，所述布里渊增益光纤为一段长度为25km的单模光纤。
5.根据权利要求1所述的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，其特征在于，所述瑞利散射光纤为一段长度为5km的单模光纤。
6.根据权利要求1所述的一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，其特征在于，所述布里渊随机光纤激光器中所有的器件之间都通过FC/APC的光纤头和法兰盘连接。
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