CN205282868U - 一种基于弱反射光纤光栅串的随机分布反馈掺铒光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型随机分布反馈掺铒光纤激光器，它可以实现稳定的、高泵浦转化效率的连续激光输出，属于光纤激光器技术领域，包括泵浦激光器、合束器、全反射光纤光栅、掺铒光纤及弱反射光纤光栅串。本实用新型利用弱反射光纤光栅串的安德森局域化效应及其随机反射效应与全反射光纤光栅的反射效应相结合，构成了分布式的随机反馈光学谐振腔，并利用掺铒光纤对谐振光进行增益放大。与之前报道的基于瑞利散射或者拉曼效应原理的随机分布反馈激光器相比，本实用新型既降低了泵浦激光阈值和激光器谐振腔长度，又突破了拉曼增益峰对泵浦激光波长的限制，并在实验上验证得到了极高的泵浦转化效率，实现了激光波长的调谐。本实用新型适用于光纤传感及光纤通信领域。

Description

一种基于弱反射光纤光栅串的随机分布反馈掺铒光纤激光器

技术领域

本发明具体涉及一种随机分布反馈光纤激光器，属于激光器技术领域。

背景技术

随机激光器是利用随机增益介质中光的多次散射产生非相干叠加而形成的无腔结构新型激光器，当满足光散射的平均自由程足够小时，光子连续发生多次散射形成安德森局域化现象，产生类似于谐振腔的闭合环形腔，从而形成随机激光输出。其在众多领域有着传统激光器无法替代的作用，例如作为流体检测信号光，微结构光纤光源等。

自2010年，英国阿斯顿大学S.K.Turitsyn教授在《NaturePhotonics》报道了一种新型随机分布反馈光纤激光器以来，有关随机激光器的研究不断深入，近几年来取得重大进步。但目前研究主要是利用光纤中的本征无序性引起的瑞利散射和拉曼散射效应作为产生随机现象的机理。这种随机反馈激光器虽然能提供空间不相干的、无模式竞争的连续激光输出，但其高阈值功率、低转化效率、低输出功率以及需求较长的光纤一直是阻挠其向实际应用发展。

在光纤中引起无序性的另一种方法是人为引入，2009年，一篇关于在掺铒光纤上人为引入光纤光栅串可制成低阈值且包含多种竞争模式的随机分布激光器的报告引起学者广泛研究。但因为这种激光器受制于铒纤上的光纤光栅温度稳定性的影响，其输出波长不稳定，因此未能得到长远发展，但却展示出利用弱光纤光栅串作为引入随机成分的机制制作随机分布光纤激光器的可能性。

本发明在上述基础上，将有源光纤(铒纤)与弱反射光纤光栅串分离，消除有源光纤在泵浦激光进入过程中产热对激光输出稳定性的影响，制作出一种新型的、高泵浦转化效率的、具有稳定输出的随机分布激光器。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种将弱反射光纤光栅串的安德森局域化效应及其空间分布式反射效应与全反射光纤光栅的反射效应相结合构成分布式随机反馈光学谐振腔，并利用掺铒光纤对光进行增益放大的新型随机分布激光器。这种激光器有效的降低了阈值功率，极大地提高了转化效率，并大大提高了激光器输出稳定性。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下。

随机分布反馈激光器包括泵浦激光器、合束器、全反射光纤光栅、掺铒光纤、弱反射光纤光栅串。泵浦激光器与合束器一端相连，合束器的一端连接光纤光栅，合束器的另一端依次连接掺铒光纤和弱反射光纤光栅串；激光由弱反射光纤光栅串一端输出。弱反射光纤光栅串是由一定数量的反射率在1％以下的光纤光栅串联构成，各弱反射光纤光栅的反射中心波长相同或者近似相同，各弱光栅距离随机分布。

本发明的工作原理：如图1所示，泵浦光经过合束器后，进入掺Er3+光纤，Er3+吸收泵浦光能量后，从基态跃迁到高能级态，并以无辐射方式跃迁至亚稳态能级，Er3+离子不断在上能级聚集，最终实现了能级间的粒子数反转，从而产生受激辐射，对通过的C波段光进行光增益放大。经增益放大后的信号光经过弱反射串，由于弱反射串间的安德森局域化现象使得光在弱反射串内产生多次散射，其中的后向散射光再次经过铒纤增益放大然后经过合束器进入全反射光纤光栅端，全反射光纤光栅将此光信号重新反射进入铒纤增益放大。因此，泵浦光在铒纤处产生的受激辐射光在弱反射光纤光栅串和全反射光纤光栅形成的谐振腔中不停地被放大，最终形成激光输出。本发明由于弱反射光纤光栅串的引入，使其区别于传统意义上的采用两个中心波长匹配的光纤光栅形成的分布反馈激光器，具有随机分布激光器激光输出的激光不相干特性。

本发明具有以下优点：利用弱反射光纤光栅串取代产生瑞利散射或者拉曼散射必须的长距离光纤，增加了结构紧凑型的同时有效提高了激光器的输出效率，因为弱反射串具有较高的透射率，并且光纤损耗低；掺铒光纤仅作为增益介质独立置于激光器谐振腔中，掺铒光纤自身随泵浦光入射产生的大量热量对全反射光纤光栅串没有影响，可有效提高激光输出稳定性；半开腔结构设计有效降低了阈值功率。

附图说明

图1为基于弱反射串的随机分布反馈激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实例对本发明作进一步描述，但不限于此。

本发明实施如图1所示，包括1480nm泵浦激光器1(半导体连续激光器，中心波长为1480nm，光谱带宽为0.9nm，功率0-400mW连续可调)，1480/1550合束器2，全反射光纤光栅3，掺铒光纤4(1.5m)，弱反射光纤光栅串(20个光纤光栅，单个光纤光栅反射率为5‰，每个光纤光栅长度5mm，两相邻光纤光栅距离在4-5m)，其特征在于泵浦激光器1与合束器2一段相连，合束器2的一端连接光纤光栅3，合束器的另一端依次连接掺铒光纤和弱光纤光栅串；激光由弱反射光纤光栅串一端输出。在该激光器的输出端依次为跳线和光谱仪或光功率计相连后，就可以观测出输出激光的光谱及功率特性。

Claims (1)

1.一种随机分布反馈激光器，包括泵浦激光器，合束器，全反射光纤光栅，掺铒光纤，及弱反射光纤光栅串，其特征在于泵浦激光器与合束器一端相连，合束器的一端连接全反射光纤光栅，合束器的另一端依次连接掺铒光纤和弱光纤光栅串，激光由弱光纤光栅串一端输出，其中弱反射光纤光栅串是由一定数量的反射率在1％以下的光纤光栅串联构成，各弱反射光纤光栅的反射中心波长相同，光栅间距离随机分布。