CN115241722A - 一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器 - Google Patents

一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Sagnac环的1.1‑1.6微米全光纤随机拉曼激光器，包括：Sagnac环，反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅，976nm泵浦激光器，(2+1)×1泵浦合束器，NufernLMA‑YDF‑10/130‑M大模场双包层掺镱光纤；OFSRamanOpticalFiber。本发明利用Sagnac环全波段反射特性，以及随机拉曼激光器输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点，实现了1.1‑1.6μm的宽光谱覆盖范围。本发明所述激光器采用全光纤结构，具有优异的环境稳定性，良好的散热能力，并且具有结构紧凑的特点，可应用于测量、成像等领域，并可在各种严酷环境下稳定工作。

Description

一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器
技术领域
本发明涉及拉曼光纤激光技术领域，具体为一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器。
背景技术
随机激光器是激光研究进程中的一种全新的激光器技术，由于工业规模中存在的散射材料种类繁多，因此它们相对于常规激光器的生产成本低，制造简单。随机激光器不需要特别定制的方法来制造可重复的高精度微腔。此外，经过一定的改进，达到甚至挑战传统激光器的性能水平是可行的。随着对随机激光的理论理解和实验进展的不断深入，这类新型激光器在为各种激光在光学传感、激光成像、光谱学和医学等领域的应用提供更多可行性解决方案方面显示出了潜力，甚至可以克服大多数常规激光器的局限性。
与传统的固定腔激光器相比，随机激光器没有任何预先设计的具有反射镜的周期性光学谐振腔来进行模式选择，其输出模式由大量的模式决定，这些模式具有随机的振幅、相位和增益。在增益介质(而不是普通谐振腔)中采用多次散射来获得激光发射，这可能导致激光输出对于发射光谱的角度和高阈值功率依赖性高。因此可以利用光纤的二维限制来提高随机激光性能。由于光纤本身是一种随机介质，随机激光器产生激光所需的正反馈是由石英玻璃中自然存在的折射率不均匀性产生的瑞利散射提供的，其极限损耗也是由瑞利散射确定，增益则由光纤中的Raman增益或Brillouin增益提供。光纤随机激光器通过将纳米颗粒悬浮在光子晶体光纤的空气孔中，实现了随机反馈。从随机激光器产生激光的机理来看，可以发现无序介质，即增益介质，对输出激光的特性起了至关重要的作用，利用光子在增益介质中的多次散射获得增益，从而实现随机激光的输出。但是，光子在增益介质中的散射是多个维度的，这会导致谐振腔内的激光模式以及输出方向具有不确定性，使得整个激光器中有很大一部分光浪费了，造成激光器的损耗增加，从而导致激光器的阈值变得很高。
针对随机激光器仍然面临阈值高、输出能量低等问题，限制了随机激光的应用。针对这一研究空白，本专利基于Sagnac环制作了一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供了一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，解决了技术背景中提到的问题，其特征在于：
所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，由Sagnac环1，反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2，976nm泵浦激光器3，(2+1)×1泵浦合束器4，NufernLMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5；OFS Raman Optical Fiber 6依次首尾相接构成。
优选的是，所述Sagnac环1由工作波长为1130/1300nm，具有两根分光比为1:1输出光纤的单模分束器构成，其中，两根输出光纤相互熔接，构成所述Sagnac环1，可将逆向传输光束反射回激光腔内，实现全波段反射，进而提高激光器输出功率，及泵浦光转化效率。
优选的是，所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2与所述(2+1)×1泵浦合束器4的信号光输入端相连，可将逆向传输的1080nm泵浦激光反射回激光腔内，提高1080nm泵浦激光利用率，提高1080nm激光输出功率。
优选的是，所述976nm泵浦激光器3包括两个输出功率为50W，中心波长为976nm的LD泵浦激光器，通过与所述(2+1)×1泵浦合束器4的2个泵浦光输入端相连，为所述NufernLMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5提供泵浦光源。
优选的是，所述(2+1)×1泵浦合束器4，包括两个泵浦光输入端，一个信号光输入端，以及一个输出端，其中连接所述976nm泵浦激光器3的两个泵浦光输入端为纤芯/包层直径为105/125μm的多模光纤；连接所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2的信号光输入端光纤型号为HI1060；连接所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5的输出端为纤芯/包层直径为10/130μm的双包层光纤；所述(2+1)×1泵浦合束器4用于将976nm泵浦激光耦合进所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5中，可有效降低泵浦激光传输损耗，显著提高976nm泵浦激光利用率和转化效率，同时可与所述Sagnac环1及所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2连接，将逆向传输激光反射回激光腔内。
优选的是，所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5用作泵浦激光增益介质并与所述(2+1)×1泵浦合束器4的输出端相连，将976nm泵浦激光转化为1080nm激光，所用长度为30m，特殊的双包层结构，可显著提高976nm泵浦激光利用率和转化效率，提高1080nm激光输出功率。
优选的是，所述OFS Raman Optical Fiber为Raman增益介质，拉曼增益效率为2.55(W×km)-1，使用长度1km，截止波长为974.6nm。
优选的是，所述激光器输出端口进行斜切8°角处理，防止菲涅尔衍射导致反向光束损坏激光器。
优选的是，本发明利用Sagnac环全波段反射特性，以及随机拉曼激光器输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点，实现了1.1-1.6μm的宽光谱覆盖范围。其中各阶斯托克斯光中心波长分别对应于1134、1194、1260、1333、1414、1504、1605nm。
优选的是，本发明采用全光纤结构，具有优异的环境稳定性，良好的散热能力，并且具有结构紧凑的特点，可在各种严酷环境下稳定工作。
附图说明
图1为一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器；
图2为本发明激光器1050-1750nm的宽波段发射光谱；
图3为本发明激光器在1134nm的细节光谱；
图4为本发明激光器在1194nm的细节光谱；
图5为本发明激光器在1260nm的细节光谱；
图6为本发明激光器在1333nm的细节光谱；
图7为本发明激光器在1414nm的细节光谱；
图8为本发明激光器在1504nm的细节光谱；
图9为本发明激光器在1605nm的细节光谱；
图中：1、Sagnac环，2、反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅，3、976nm泵浦激光器，4、(2+1)×1泵浦合束器，5、Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤；6、OFSRaman Optical Fiber。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器的结构图，其特征在于：
所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，由Sagnac环1，反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2，976nm泵浦激光器3，(2+1)×1泵浦合束器4，NufernLMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5；OFS Raman Optical Fiber 6依次首尾相接构成。
所述Sagnac环1由工作波长为1130/1300nm，具有两根分光比为1:1输出光纤的单模分束器构成，其中，两根输出光纤相互熔接，构成所述Sagnac环，可将逆向传输光束反射回激光腔内，实现全波段反射，进而提高激光器输出功率，及泵浦光转化效率。
所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2与所述(2+1)×1泵浦合束器4的信号光输入端相连，可将逆向传输的1080nm泵浦激光反射回激光腔内，提高1080nm泵浦激光利用率，提高1080nm激光输出功率。
所述976nm泵浦激光器3包括两个输出功率为50W，中心波长为976nm的LD泵浦激光器，通过与所述(2+1)×1泵浦合束器4的2个泵浦光输入端相连，为所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5提供泵浦光源。
所述(2+1)×1泵浦合束器4，包括两个泵浦光输入端，一个信号光输入端，以及一个输出端，其中连接所述976nm泵浦激光器3的两个泵浦光输入端为纤芯/包层直径为105/125μm的多模光纤；连接所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2的信号光输入端光纤型号为HI1060；连接所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5的输出端为纤芯/包层直径为10/130μm的双包层光纤；所述(2+1)×1泵浦合束器4用于将976nm泵浦激光耦合进所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5中，可有效降低激光传输损耗，显著提高976nm泵浦激光利用率和转化效率，同时可与所述Sagnac环及所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2连接，将逆向传输激光反射回激光腔内。
所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5用作泵浦激光增益介质并与所述(2+1)×1泵浦合束器4的输出端相连，将976nm泵浦激光转化为1080nm激光，所用长度为30m，特殊的双包层结构，可显著提高976nm泵浦激光利用率和转化效率，提高1080nm激光输出功率。
所述OFS Raman Optical Fiber为Raman增益介质，拉曼增益效率为2.55(W×km)-1，使用长度1km，截止波长为974.6nm。
所述激光器输出端口进行斜切8°角处理，防止菲涅尔衍射导致反向光束损坏激光器。
图2为本发明激光器所用OFS Raman Optical Fiber的典型Raman增益光谱。本发明利用Sagnac环全波段反射特性，以及随机拉曼激光器输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点，实现了1.1-1.6μm的宽光谱覆盖范围。其中各阶斯托克斯光中心波长分别对应于1134、1194、1260、1333、1414、1504、1605nm。本发明采用全光纤结构，具有优异的环境稳定性，良好的散热能力，并且具有结构紧凑的特点，可在各种严酷环境下稳定工作。图3为本发明激光器在1134nm的细节光谱；图4为本发明激光器在1194nm的细节光谱；图5为本发明激光器在1260nm的细节光谱；图6为本发明激光器在1333nm的细节光谱；图7为本发明激光器在1414nm的细节光谱；图8为本发明激光器在1504nm的细节光谱；图9为本发明激光器在1605nm的细节光谱；
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：
所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，由Sagnac环1，反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2，976nm泵浦激光器3，(2+1)×1泵浦合束器4，Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5；OFS Raman Optical Fiber 6依次首尾相接构成。
2.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：所述Sagnac环1由工作波长为1130/1300nm，具有两根分光比为1:1输出光纤的单模分束器构成，其中，两根输出光纤相互熔接，构成所述Sagnac环1，所述Sagnac环1可将逆向传输光束反射回激光腔内，实现全波段反射，进而提高激光器输出功率及泵浦光转化效率。
3.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2与所述(2+1)×1泵浦合束器4的信号光输入端相连，可将逆向传输的1080nm泵浦激光反射回激光腔内，提高1080nm泵浦激光利用率，提高1080nm激光输出功率。
4.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：所述976nm泵浦激光器3包括两个输出功率为50W，中心波长为976nm的LD泵浦激光器，通过与所述(2+1)×1泵浦合束器4的2个泵浦光输入端相连，为所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5提供泵浦光源。
5.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：所述(2+1)×1泵浦合束器4，包括两个泵浦光输入端，一个信号光输入端，以及一个输出端，其中连接所述976nm泵浦激光器3的两个泵浦光输入端为纤芯/包层直径为105/125μm的多模光纤；连接所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2的信号光输入端光纤型号为HI1060；连接所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5的输出端为纤芯/包层直径为10/130μm的双包层光纤；所述(2+1)×1泵浦合束器4用于将976nm泵浦激光耦合进所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5中，可有效降低泵浦激光传输损耗，显著提高976nm泵浦激光利用率和转化效率，同时可与所述Sagnac环1及所述反射率99％的1080nm光纤布拉格光栅2连接，共同将逆向传输激光反射回激光腔内。
6.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5用作泵浦激光增益介质，并与所述(2+1)×1泵浦合束器4的输出端相连，将976nm泵浦激光转化为1080nm激光，所用长度为30m，特殊的双包层结构，可显著提高976nm泵浦激光利用率和转化效率，提高1080nm激光输出功率。
7.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：所述OFS Raman Optical Fiber为Raman增益介质，拉曼增益效率为2.55(W×km)-1，使用长度1km，截止波长为974.6nm。
8.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：对所述激光器输出端口进行斜切8°角处理，防止菲涅尔衍射导致反向光束损坏激光器。
9.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：本发明利用Sagnac环全波段反射特性，以及随机拉曼激光器输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点，实现了1.1-1.6μm的宽光谱覆盖范围。其中各阶斯托克斯光中心波长分别对应于1134、1194、1260、1333、1414、1504、1605nm。
10.根据权利要求1所述一种基于Sagnac环的1.1-1.6微米全光纤随机拉曼激光器，其特征在于：采用全光纤结构，具有优异的环境稳定性，良好的散热能力，并且具有结构紧凑的特点，可在各种严酷环境下稳定工作。
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