CN115241723A - 一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器 - Google Patents

一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本公开了一种基于RamanOpticalFiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，包括：1080nm泵浦激光器和半开腔随机拉曼光纤激光器。所述1080nm泵浦激光器包括：反射率99.9％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；所述半开腔随机拉曼光纤激光器包括：1030‑1400nm宽波段光纤全反射镜，OFSRamanOpticalFiber。本发明利用长距离无源光纤中的瑞利散射和受激拉曼散射提供随机分布式反馈和增益放大，可同时输出1至7阶斯托克斯光，实现1.1‑1.6μm的宽光谱覆盖范围，且各阶斯托克斯光光谱强度差值不超过5dB，具有结构简单，输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点，可广泛应用于测量、成像以及通信等各个领域。

Description

一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光 纤激光器
技术领域
本发明涉及随机Raman光纤激光技术领域，具体为一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器。
背景技术
光纤随机激光器与大多数光纤激光器一样，由光纤构成，因而具有制作成本低、结构简单、单横模输出以及频谱无模式等独特的优点。光在介质传输时产生的散射是任何光子学系统固有的、难以避免的一个现象。由于光散射会引入损耗，因此在很多的科学应用研究里，光散射被视为一种负面的效应。但是，随着人们对光散射的进一步理解与研究，许多基于光散射的应用相继问世并得到快速的发展，比如分布式光纤传感，基于非线性光散射的激光器与放大器以及随机激光器。
光纤激光器与普通的激光器一样，也是由工作物质、光学谐振腔以及泵浦源三部分组成。与其他激光器不同的是光纤激光器的工作物质是光纤波导，通常通过在光纤波导内部(一般为纤芯区域)掺入有源离子从而提供增益或是直接利用光在光纤中传输时发生的非线性效应提供增益，光纤以及光纤两端的反射元件共同构成谐振腔。1961年，Snitzer首次报道了通过在玻璃介质中掺入激活钕离子实现光纤激光器。通过在芯径为300μm玻璃中的掺入钕离子首次实现了激光激射，该激光器的工作波长为1060nm，且该激光器的输出光谱呈现出多个谱峰。自此，光纤的制备技术以及光纤激光器的研究得到快速发展。现有的光纤随机激光器，特别是拉曼光纤随机激光器，大多是基于上千米单模光纤实现的。在这些光纤随机激光器中，基于拉曼增益或布里渊增益的光纤随机激光器表现出优异的高激射效率特性，但是其输出最大功率和激射阈值明显互相制约，单模光纤的长度在这种制约关系中扮演着十分重要的角色。基于掺镱光纤提供有源增益的光纤随机激光器其结构与基于拉曼或铒增益的光纤随机激光器有明显区别，其激射平台由掺镱光纤和单模光纤共同构成。基于掺镱光纤的光纤随机激光器激射阈值较低，且表现出很好的线性度，但与此同时，它也具体激射效率低的缺点，从而限制着最大输出功率。虽然研究众多，但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RamanOptical Fiber制作了一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述激光器包括1080nm泵浦激光器7和半开腔随机拉曼光纤激光器，解决了背景技术中提到的问题。
其中所述1080nm泵浦激光器7为所述半开腔随机拉曼光纤激光器提供泵浦激光，包括：反射率99.9％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；所述半开腔随机拉曼光纤激光器可同时输出1-7阶斯托克斯光，包括：1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1，OFS Raman OpticalFiber 6。
优选的是，所述反射率99.9％的1080nm光纤布拉格光栅2用于将1080nm泵浦激光反射回激光腔内，提高1080nm泵浦激光利用率，同时提高1080nm激光输出功率。
优选的是，所述976nm泵浦激光器3为所述1080nm泵浦激光器7的泵浦光源；所述976nm泵浦激光器3包括两个功率输出功率为50W，中心波长为976nm的LD泵浦激光器。
优选的是，所述(2+1)×1泵浦合束器4，用于将976nm泵浦激光耦合进所述1080nm泵浦激光器7内，其中连接所述976nm泵浦激光器3的两根光纤为纤芯/包层直径为105/125μm的多模光纤；连接所述1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1的光纤型号为HI1060；连接所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5的光纤为纤芯/包层直径为10/130μm的双包层光纤；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。
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，将976nm泵浦激光转化为1080nm激光，所用长度为20m，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1080nm泵浦激光器7可输出中心波长为1080nm，输出功率最高可达55W的激光。
优选的是，所述1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1用于将逆向光束反射回激光腔内，提高随机激光输出功率以及泵浦激光转化效率。
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，所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤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。
所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器可利用长距离无源光纤中的瑞利散射和受激拉曼散射提供随机分布式反馈和增益放大，可同时输出1至7阶斯托克斯光，实现1.1-1.6μm的宽光谱覆盖范围，且各阶斯托克斯光光谱强度差值不超过5dB，具有结构简单，输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点；其中1至7阶斯托克斯光各中心波长分别对应于1.13、1.19、1.26、1.33、1.41、1.5、1.6μm波段范围。
附图说明
图1为一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器的结构图；
图2为本发明所用OFS Raman Optical Fiber的典型Raman增益光谱；
图3为本发明激光器的发射光谱；
图中：1、1030-1400nm宽波段光纤全反射镜，2、反射率99.9％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、OFS Raman Optical Fiber；7、1080nm泵浦激光器。
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Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器的结构图，其特征在于：
一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述激光器包括1080nm泵浦激光器7和半开腔随机拉曼光纤激光器。
其中所述1080nm泵浦激光器7为所述半开腔随机拉曼光纤激光器提供泵浦激光，中心波长为1080nm，最高输出功率为55W，包括：反射率99.9％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；所述半开腔随机拉曼光纤激光器可同时输出1至7阶斯托克斯光，包括：1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1，OFS Raman Optical Fiber 6。
所述1080nm泵浦激光器7，其特征在于：所述反射率99.9％的1080nm光纤布拉格光栅2用于将1080nm泵浦激光反射回激光腔内，提高1080nm泵浦激光利用率，同时提高1080nm激光输出功率。所述976nm泵浦激光器3为所述1080nm泵浦激光器7的泵浦光源；所述976nm泵浦激光器3包括两个功率输出功率为50W，中心波长为976nm的LD泵浦激光器。所述(2+1)×1泵浦合束器4，用于将976nm泵浦激光耦合进所述1080nm泵浦激光器7内，其中连接所述976nm泵浦激光器3的两根光纤为纤芯/包层直径为105/125μm的多模光纤；连接所述1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1的光纤型号为HI1060；连接所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5的光纤为纤芯/包层直径为10/130μm的双包层光纤；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。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，将976nm泵浦激光转化为1080nm激光，所用长度为20m，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1080nm泵浦激光器7可输出中心波长为1080nm，输出功率最高可达55W的激光。
所述半开腔随机拉曼光纤激光器，特征为：所述1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1用于将逆向光束反射回激光腔内，提高随机激光输出功率以及泵浦激光转化效率。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。
所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤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。
图3为本发明激光器的发射光谱，如图2所示，所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器可利用长距离无源光纤中的瑞利散射和受激拉曼散射提供随机分布式反馈和增益放大，可同时输出1-7阶斯托克斯光，实现1.1-1.6μm的宽光谱覆盖范围，且各阶斯托克斯光光谱强度差值不超过5dB，具有结构简单，输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点；其中1-7阶斯托克斯光各中心波长分别对应于1.13、1.19、1.26、1.33、1.41、1.5、1.6μm波段范围。
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 (9)

1.一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述激光器包括1080nm泵浦激光器7和半开腔随机拉曼光纤激光器。
其中所述1080nm泵浦激光器7为所述半开腔随机拉曼光纤激光器提供中心波长为1080nm，最高输出功率为55W的泵浦激光，包括：反射率99.9％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；所述半开腔随机拉曼光纤激光器可同时输出1至7阶斯托克斯光，包括：1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1，OFS Raman Optical Fiber 6。
2.根据权利要求1所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述反射率99.9％的1080nm光纤布拉格光栅2，工作中心波长为1080nm，对1080nm光束反射率为99.9％，用于将逆向传输的1080nm泵浦激光反射回激光腔内，提高1080nm泵浦激光转换效率，同时提高1080nm激光输出功率。
3.根据权利要求1所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述976nm泵浦激光器3为所述1080nm泵浦激光器7的泵浦光源；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。
4.根据权利要求1所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述(2+1)×1泵浦合束器4，用于将976nm泵浦激光耦合进所述1080nm泵浦激光器7内，其中连接所述976nm泵浦激光器3的两根光纤为纤芯/包层直径为105/125μm的多模光纤；连接所述1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1的光纤型号为HI1060；连接所述Nufern LMA-YDF-10/130-M大模场双包层掺镱光纤5的光纤为纤芯/包层直径为10/130μm的双包层光纤；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。
5.根据权利要求1所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，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，将976nm泵浦激光转化为1080nm激光，所用长度为20m，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。
6.根据权利要求1所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述1030-1400nm宽波段光纤全反射镜1用于将逆向传输光束反射回激光腔内，提高随机激光输出功率以及泵浦激光转化效率。
7.根据权利要求1所述一种基于Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，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Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：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Raman Optical Fiber的半开腔多波长随机拉曼光纤激光器，其特征在于：所述激光器可利用长距离无源光纤中的瑞利散射和受激拉曼散射提供随机分布式反馈和增益放大，可同时输出1至7阶斯托克斯光，实现1.1-1.6μm的宽光谱覆盖范围，且各阶斯托克斯光光谱强度差值不超过5dB，具有结构简单，输出波长灵活，输出激光时序稳定等特点；其中1至7阶斯托克斯光各中心波长分别对应于1.13、1.19、1.26、1.33、1.41、1.5、1.6μm波段范围。
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