CN213905814U - 一种可调谐拉曼光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调谐拉曼光纤激光器，包括：拉曼激光泵浦源，用于产生脉宽、重复频率及波长可调谐的激光，脉宽和重复频率的可调谐基于增益调制原理实现，波长的可调谐通过可调谐滤波器实现；与所述拉曼泵浦源光耦合的拉曼光纤，用于提供拉曼增益，将泵浦源产生的激光波长转移到拉曼波长；由于拉曼激光泵浦源的脉宽、重复频率及波长可调谐，使得拉曼激光也能够进行调谐，从而得到基于拉曼效应的脉宽、重复频率及波长同时可调谐的激光输出。

Description

一种可调谐拉曼光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种可调谐拉曼光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有光束质量高、体积小、效率高、结构简单、便于维护等优势，已广泛应用于军民等领域。基于稀土掺杂的光纤，比如掺镱、掺铒、掺铥、掺钬等，都可以实现较宽的波长可调谐输出，但是使用掺杂了稀土的光纤发射的激光波长受限于稀土离子的发射截面，无法发出一些特殊波段例如1.1-1.35μm、1.6-1.75μm、2.1-2.3μm等波段的激光。

在光纤激光器的发展过程中，人们发现光纤作为传光介质时，由于其具有一定的非线性系数，且在光的传输过程中会使非线性效应进行积累，可实现虚能级跃迁发光，比如光纤中的拉曼散射效应。如此，采用合适的泵浦源，比如稀土掺杂光纤激光器并结合光纤的拉曼频移，便可实现1.1-1.35μm、1.6-1.75μm和2.1-2.3μm等特殊波长的光纤激光输出。

但是，现有的基于非线性效应获得波长可调谐输出的光纤激光器不能够实现脉宽、重复频率及波长同时可调谐的激光输出。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种可调谐拉曼光纤激光器，旨在解决现有技术中的拉曼光纤激光器不能够实现波长、脉宽及重复频率同时可调谐的激光输出的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种可调谐拉曼光纤激光器，包括：拉曼激光泵浦源，用于产生脉宽、重复频率及波长可调谐的拉曼激光泵浦光；与所述拉曼激光泵浦源光耦合的拉曼光纤，用于提供拉曼增益，输出拉曼信号光；宽带全反镜，与所述拉曼光纤光耦合，用于为拉曼信号光提供高反馈；第一波分复用器，其泵浦端、信号端和公共端分别与所述拉曼激光泵浦源、所述宽带全反镜和所述拉曼光纤耦合，用于将拉曼激光泵浦源产生的泵浦光波长与拉曼信号光波长耦合。

进一步地，可调谐拉曼光纤激光器还包括：与所述拉曼光纤光耦合的第一光隔离器，用于防止后续光反射，且输出端作为拉曼信号光的输出端。

进一步地，可调谐拉曼光纤激光器还包括：光纤模场适配器，两端分别与所述第一波分复用器公共端及所述拉曼光纤光耦合。

进一步地，所述拉曼激光泵浦源包括：电流调制半导体激光器，用于产生脉宽及重复频率可调谐的第一泵浦光；与所述电流调制半导体激光器光耦合的增益调制激光器，用于产生波长可调谐的拉曼激光泵浦光。

进一步地，所述增益调制激光器包括：与所述电流调制半导体激光器光耦合的第二光隔离器；与所述第二光隔离器光耦合的第一光纤放大器；与所述第一光纤放大器光耦合的第二波分复用器；与所述第二波分复用器信号端光耦合的信号光隔离器；与所述信号光隔离器光耦合的可调谐滤波器；与所述第二波分复用器公共端光耦合的激光增益介质；与所述激光增益介质光耦合的光纤耦合器，用于将波长可调谐的所述拉曼激光泵浦光一部分作为输出，另一部分在环形腔内继续振荡。

进一步地，所述增益调制激光器还包括：第二光纤放大器，与所述拉曼激光泵浦光耦合，用于将所述增益调制激光器输出的光进行放大后进入所述拉曼光纤。进一步地，所述第二光纤放大器至少有两个进行级联，对所述拉曼激光泵浦光信号进行放大。

进一步地，所述激光增益介质为稀土掺杂光纤。

进一步地，所述稀土掺杂光纤掺杂的稀土为镱、铒、铥、钬或其他稀土。

本实用新型提供的一种可调谐拉曼光纤激光器，有益效果在于：通过将拉曼激光泵浦源产生的激光耦合入拉曼光纤，得到基于非线性效应的拉曼激光输出，而使用的拉曼激光泵浦源可进行脉宽、重复频率及波长的调谐，使得拉曼激光也能够进行调谐，从而得到基于拉曼效应的脉宽、重复频率及波长同时可调谐的激光输出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例可调谐拉曼光纤激光器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例可调谐拉曼光纤激光器的拉曼泵浦源的结构示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，为一种可调谐拉曼光纤激光器，包括：拉曼激光泵浦源1、第一波分复用器22、宽带全反镜21、光纤模场适配器23、拉曼光纤24及第一光隔离器25；拉曼激光泵浦源1用于产生脉宽、重复频率及波长可调谐的拉曼激光泵浦光；拉曼光纤24与拉曼泵浦光耦合，提供拉曼增益，用于将拉曼泵浦源1产生的激光进行拉曼频移，产生拉曼波长激光输出；第一光隔离器25与拉曼光纤24光耦合，用于防止后续光反射，且输出端作为拉曼激光的输出端，宽带全反镜与第一波分复用器信号端耦合，用于为拉曼信号提供高反馈；光纤模场适配器23用于匹配第一波分复用器公共端光纤模场与拉曼光纤模场。

在使用的过程中，泵浦源1产生泵浦激光，泵浦激光经过拉曼光纤24被转换为拉曼波长激光，拉曼激光产生后经过第一光隔离器25，第一光隔离器25能够防止后续光的反射，并将拉曼激光输出，当需要调谐拉曼激光的脉宽、重复频率或波长时，可通过调谐拉曼激光泵浦源的脉宽、重复频率或波长，从而实现对拉曼激光的调谐，从而得到基于拉曼效应的脉宽、重复频率及波长同时可调谐的激光输出。

在本实施例中，第一波分复用器22的泵浦端、信号端和公共端分别与泵浦源1、宽带全反镜21和拉曼光纤24光耦合，用于将实现泵浦源1产生的激光波长与拉曼信号波长的耦合。

请参阅图1，在一个实施例中，可调谐拉曼光纤激光器还包括：光纤模场适配器23，两端分别与第一波分复用器22公共端及拉曼光纤24光耦合。

由于第一波分复用器22的尾纤和拉曼光纤24的模场可能存在一定程度上的不匹配，在二者之间加入光纤模场适配器23，能够降低第一波分复用器22公共端及拉曼光纤24之间的连接损耗，从而降低激光传输过程中的损耗。

请参阅图2，在一个实施例中，拉曼激光泵浦源1包括：电流调制半导体激光器11及增益调制激光器，电流调制半导体激光器11用于产生脉宽及重复频率可调谐的第一泵浦光，作为增益调制激光器的泵浦源；增益调制激光器，采用环形腔结构，内置可调谐滤波器用于产生波长可调谐的拉曼激光泵浦光。

请参阅图2，增益调制激光器包括：与电流调制半导体激光器11光耦合的第二光隔离器12；与第二光隔离器12光耦合的第一光纤放大器13；与第一光纤放大器13光耦合的第二波分复用器，与第二波分复用器信号端光耦合的信号光隔离器14；与信号光隔离器14光耦合的可调谐滤波器15；与第二波分复用器16公共端耦合的激光增益介质18；与激光增益介质18光耦合的光纤耦合器17；光纤耦合器一端口将产生的增益调制激光输出，作为拉曼激光泵浦光，另一端口将部分信号光反馈回环形腔。

电流调制半导体激光器11是增益调制激光器的泵浦源，为增益调制激光器提供泵浦，采用电流调制原理，实现第一泵浦源的脉宽及重复频率可调谐，一般为电流调制半导体激光器11，比如976nm、1550nm、或1950nm附近。之后经过放大，用作增益调制激光器的泵浦源。

增益调制激光器接收第一光纤放大器13的泵浦后，产生可调谐拉曼光纤激光器的泵浦光信号，使用上述电流调制半导体激光器11作为泵浦源，利用脉冲泵浦——增益调制特性，实现输出信号的脉宽及重复频率可调谐。

在该实施例中，信号光隔离器14、可调谐滤波器15、第二波分复用器16、光纤耦合器17及激光增益介质18构成了环形腔结构，或者信号光隔离器14、可调谐滤波器15、第二波分复用器16、光纤耦合器17及激光增益介质18均位于一个环形腔结构内，信号光隔离器14保证了激光在环形腔内的单向传输，第二波分复用器16用于将第一泵浦光耦合进入增益介质，激光增益介质18用于发射信号波长，光纤耦合器17具有一定的分光比(例如50:50，不限于此比例)，用于将环形腔内的一部分信号激光进行输出，在环形腔内加入了可调谐滤波器15，实现了激光信号波长的可调谐，可调谐范围最大可达～150nm。

请参阅图1，在一个实施例中，可调谐拉曼光纤激光器还包括：宽带全反镜21，与第一波分复用器22的信号端光耦合。

在该实施例中，第一波分复用器22拉曼信号波长端，连接一个宽带全反镜21，第一光隔离器25及拉曼光纤24的熔接点或激光器件表面微弱反射形成谐振腔，结合可调谐泵浦源提供对拉曼斯托克斯激光的脉宽及波长的可调谐。

请参阅图2，在一个实施例中，增益调制激光器还包括：第二光纤放大器19，与增益调制激光器信号光光耦合，用于将增益调制激光器输出的激光进行放大后进入拉曼光纤24。

第二光纤放大器19的作用是将增益调制激光器的信号光进行放大，以满足拉曼信号泵浦光功率的需求。

请参阅图2，在一个实施例中，第二光纤放大器19至少有两个进行级联，对增益调制输出的激光进行放大。

在本实施例中，使用两个第二光纤放大器，分别为第二光纤放大器19及第二光纤放大器110对增益调制激光器输出的激光进行放大，在其他实施例中，还可根据实际需求，级联不同数量的第二光纤放大器对稀土掺杂光纤输出的激光进行放大。

在一个实施例中，激光增益介质18为稀土掺杂光纤。

在一个实施例中，所述稀土掺杂光纤掺杂的稀土为镱、铒、铥、钬或其他稀土，在本实施例中，其他稀土可以为镨、钕、锗、铕、镝。

本申请实施例提供的可调谐拉曼光纤激光器，其工作过程或原理如下：

电流调制半导体激光器11输出的脉宽可为皮秒及纳秒量级、重复频率可调谐范围可为1kHz-20MHz、输出波长视掺杂光纤泵浦而定，可为976nm、1550nm、1950nm附近等，由于直接调制输出功率较低，可视具体情况在其后用第一光纤放大器13对其功率进行放大，第二光隔离器12防止第一光纤放大器13的返回光对种子光的伤害。波分复用器16将泵浦光耦合进稀土掺杂光纤，同时信号端接于腔内形成激光闭合回路，即构成环形腔结构。信号光隔离器14保证了激光在环形腔内单向传输。与稀土掺杂光纤发射波段相对应的可调谐滤波器15实现信号激光的波长可调谐。稀土掺杂光纤可为掺镱/掺铒/掺铥/掺钬等，作为激光增益介质18，发射信号波长。相应信号波长的光纤耦合器17，具有一定的分光比(比如50：50，但不限于该比例)，将环形腔内一部分信号激光输出。之后信号激光再次经过相应稀土掺杂的第二光纤放大器19对其进行功率放大，以满足拉曼激光器对泵浦光功率的需求，第二光纤放大器19不局限于一级，可级联多级进行放大，比如在光纤放大器19之后，再加一级光纤放大器110。至此可实现脉宽、重复频率及波长可调谐拉曼光纤激光器的泵浦光源。

拉曼激光泵浦光源发出的泵浦光经过相应波长的第一波分复用器22耦合进入拉曼光纤24，由于第一波分复用器22公共端尾纤和拉曼光纤24的模场可能存在一定的不匹配，两者之间加入了一个光纤模场适配器23，从而降低两者之间的连接损耗，拉曼光纤24提供拉曼增益，拉曼信号波段宽带全反镜21为拉曼激光信号提供高反馈，第一光隔离器25内部或拉曼光纤24与第一光隔离器25尾纤熔接点处产生的弱反射作为拉曼谐振腔的输出端，第一光隔离器25防止后续光反射，第一光隔离器25的输出端作为拉曼激光的输出端。

在整个过程中，采用脉宽及重复频率可调谐的电流调制半导体激光器11作为泵浦源，利用增益调制原理实现稀土掺杂光纤激光器输出脉宽及重复频率的可调谐，同时在环形腔内置入可调谐滤波器15，实现波长可调谐，之后再经过对应的第二光纤放大器19将其功率放大，以满足拉曼激光泵浦功率的需求。至此可实现脉宽、重复频率及波长的可调谐，并作为拉曼激光的泵浦源。结合拉曼光纤24的拉曼增益，以及拉曼谐振腔，实现拉曼激光输出，通过调节拉曼激光的泵浦源的脉宽及波长，实现拉曼激光的脉宽及波长可调谐。

在该实施例中，拉曼光纤为石英光纤或氟化物光纤，石英光纤和氟化物光纤的拉曼频移量δω分别为440cm^-1和580cm^-1，有拉曼频移量计算公式，拉曼频移量计算公式如下：

结合泵浦光纤激光器的可调谐，理论可获得波长可调谐范围大于150nm的一阶拉曼斯托克斯激光输出。弥补了稀土掺杂激光光源无法实现的波长范围的不足，且解决了此波段拉曼激光脉宽、重复频率及波长可调谐问题，极大地拓展了此类光源的应用范围。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本实用新型所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本实用新型所提供的一种可调谐拉曼光纤激光器的描述，对于本领域的技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，包括：

拉曼激光泵浦源，用于产生脉宽、重复频率及波长可调谐的拉曼激光泵浦光；

与所述拉曼激光泵浦源光耦合的拉曼光纤，用于提供拉曼增益，输出拉曼信号光；

宽带全反镜，与所述拉曼光纤光耦合，用于为拉曼信号光提供高反馈；

第一波分复用器，其泵浦端、信号端和公共端分别与所述拉曼激光泵浦源、所述宽带全反镜和所述拉曼光纤耦合，用于将拉曼激光泵浦源产生的泵浦光波长与拉曼信号光波长耦合。

2.根据权利要求1所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

还包括：

与所述拉曼光纤光耦合的第一光隔离器，用于防止后续光反射，且输出端作为拉曼信号光的输出端。

3.根据权利要求2所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

还包括：光纤模场适配器，两端分别与所述第一波分复用器公共端及所述拉曼光纤光耦合。

4.根据权利要求1所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

所述拉曼激光泵浦源包括：

电流调制半导体激光器，用于产生脉宽及重复频率可调谐的第一泵浦光；

与所述电流调制半导体激光器光耦合的增益调制激光器，用于产生波长可调谐的拉曼激光泵浦光。

5.根据权利要求4所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

所述增益调制激光器包括：

与所述电流调制半导体激光器光耦合的第二光隔离器；

与所述第二光隔离器光耦合的第一光纤放大器；

与所述第一光纤放大器光耦合的第二波分复用器；

与所述第二波分复用器信号端光耦合的信号光隔离器；

与所述信号光隔离器光耦合的可调谐滤波器；

与所述第二波分复用器公共端光耦合的激光增益介质；

与所述激光增益介质光耦合的光纤耦合器，用于将波长可调谐的所述拉曼激光泵浦光一部分作为输出，另一部分在环形腔内继续振荡。

6.根据权利要求5所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

所述增益调制激光器还包括：

第二光纤放大器，与所述拉曼激光泵浦光耦合，用于将所述增益调制激光器输出的光进行放大后进入所述拉曼光纤。

7.根据权利要求6所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

所述第二光纤放大器至少有两个进行级联，对所述拉曼激光泵浦光信号进行放大。

8.根据权利要求5所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

所述激光增益介质为稀土掺杂光纤。

9.根据权利要求8所述的可调谐拉曼光纤激光器，其特征在于，

所述稀土掺杂光纤掺杂的稀土为镱、铒、铥、钬或其他稀土。

Images