一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，屬于光纖激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，由布里淵泵浦激光源、摻鉺光纖泵浦激光源、第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖及隨機(jī)分布反饋光纖組成。本發(fā)明將第一環(huán)形器、波分復(fù)用器、摻鉺光纖、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖、第二環(huán)形器組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，與隨機(jī)分布反饋光纖共同構(gòu)成一個半開放的諧振腔，實(shí)現(xiàn)激光振蕩，并利用受激布里淵散射和摻鉺光纖對光進(jìn)行混合增益放大。使得該激光器結(jié)構(gòu)簡單、閾值功率低、輸出波長多、波長間隔短且波長間隔相等。
【專利說明】一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隨機(jī)光纖激光器，尤其涉及一種基于受激布里淵散射和摻鉺光纖混合增益的隨機(jī)分布反饋光纖激光器，屬于光纖激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨機(jī)激光器是基于隨機(jī)分布反饋的一類激光器，其利用無序介質(zhì)中的多次散射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)分布反饋。因此，三維塊體隨機(jī)激光器往往存在激光輸出角度依賴性和高的閾值功率等缺點(diǎn)。光纖具有極好的二維限制，可以有效克服隨機(jī)激光輸出角度依賴性和閾值功率高的問題。隨機(jī)光纖激光器主要分為三類，第一類基于填充分散TiO2納米顆粒的若丹明6G溶液的光子晶體光纖，利用側(cè)面泵浦獲得隨機(jī)激光輸出，該方法技術(shù)難度大，輸出激光波長少；第二類基于隨機(jī)分布的光纖布拉格光柵，可獲得低閾值功率的隨機(jī)激光輸出，但制備復(fù)雜，輸出波長少，波長間隔不固定；第三類基于瑞利背向散射，由于瑞利背向散射較弱，目前的方法主要是利用拉曼效應(yīng)對瑞利背向散射信號進(jìn)行放大，但具有激光閾值功率高、轉(zhuǎn)換效率低、輸出波長少等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，該激光器結(jié)構(gòu)簡單、閾值功率低、輸出波長多、波長間隔短且波長間隔相等。
[0004]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
[0005]一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，包括布里淵泵浦激光源(I)、第一環(huán)形器(2)、摻鉺光纖泵浦激光源(3)、波分復(fù)用器(4)、摻鉺光纖(5)、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)、第二環(huán)形器(7)及隨機(jī)分布反饋光纖(8);所述的布里淵泵浦激光源(I)與第一環(huán)形器一端口(100)相連，第一環(huán)形器二端口(101)與波分復(fù)用器一端口(103)相連，波分復(fù)用器二端口(104)與摻鉺光纖泵浦激光源(3)相連，波分復(fù)用器三端口(105)與摻鉺光纖
(5)相連，摻鉺光纖(5)的另一端與產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)相連，產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)的另一端與第二環(huán)形器三端口(108)相連，第一環(huán)形器三端口(102)與第二環(huán)形器一端口(106)相連，第二環(huán)形器二端口(107)與隨機(jī)分布反饋光纖(8)的一端相連，隨機(jī)分布反饋光纖(8)的另一端作為激光輸出；所述的第一環(huán)形器(2)、波分復(fù)用器(4)、摻鉺光纖
[5]、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)、第二環(huán)形器(7)組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，與隨機(jī)分布反饋光纖
(8)共同構(gòu)成一個半開放的諧振腔，形成激光振蕩，最終實(shí)現(xiàn)多波長的隨機(jī)激光輸出。
[0006]所述的摻鉺光纖泵浦激光源(3)通過改變泵浦功率，并利用布里淵散射增益的飽和特性，來調(diào)諧輸出隨機(jī)激光的波長個數(shù)。
[0007]所述的隨機(jī)分布反饋光纖(8)中產(chǎn)生的背向受激布里淵散射和瑞利背向散射形成反饋機(jī)制，使激光在環(huán)形結(jié)構(gòu)中形成振蕩，實(shí)現(xiàn)光放大，降低閾值功率。
[0008]所述的產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)長度為Ikm~200km,隨機(jī)分布反饋光纖(8)長度為Ikm~200km。
[0009]所述的產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)為單模光纖、色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖、高非線性光纖、高非線性色散位移光纖，隨機(jī)分布反饋光纖(8)為單模光纖、色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖、高非線性光纖、高非線性色散位移光纖。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:
[0011]1、利用布里淵散射增益和摻鉺光纖的線性增益作為混合增益，使得多波長隨機(jī)光纖激光器的閾值功率顯著降低； [0012]2、利用布里淵散射增益的飽和特性，獲得波長間隔短(0.088nm)且固定的多波長隨機(jī)激光輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖及其實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]圖1為本發(fā)明基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明輸出為I~3個波長的隨機(jī)光纖激光輸出光譜；
[0016]圖3為本發(fā)明輸出為多個波長的隨機(jī)光纖激光輸出光譜。
[0017]I為布里淵泵浦激光源；2為第一環(huán)形器；3為摻鉺光纖泵浦激光源；4為波分復(fù)用器；5為摻鉺光纖；6為產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖；7為第二環(huán)形器；8為隨機(jī)分布反饋光纖；100為第一環(huán)形器一端口 ；101為第一環(huán)形器二端口 ；102為第一環(huán)形器三端口 ；103為波分復(fù)用器一端口 ；104為波分復(fù)用器二端口 ；105為波分復(fù)用器三端口 ；106為第二環(huán)形器一端口 ；107為第二環(huán)形器二端口 ；108為第二環(huán)形器三端口。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理作詳細(xì)說明:
[0019]圖1中，一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，包括布里淵泵浦激光源1、第一環(huán)形器2、摻鉺光纖泵浦激光源3、波分復(fù)用器4、摻鉺光纖5、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖
6、第二環(huán)形器7及隨機(jī)分布反饋光纖8 ;所述的布里淵泵浦激光源I與第一環(huán)形器一端口100相連，第一環(huán)形器二端口 101與波分復(fù)用器一端口 103相連，波分復(fù)用器二端口 104與摻鉺光纖泵浦激光源3相連，波分復(fù)用器三端口 105與摻鉺光纖5相連，摻鉺光纖5的另一端與產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6相連，產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6的另一端與第二環(huán)形器三端口 108相連，第一環(huán)形器三端口 102與第二環(huán)形器一端口 106相連，第二環(huán)形器二端口 107與隨機(jī)分布反饋光纖8的一端相連，隨機(jī)分布反饋光纖8的另一端作為激光輸出；所述的第一環(huán)形器2、波分復(fù)用器4、摻鉺光纖5、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6、第二環(huán)形器7組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，與隨機(jī)分布反饋光纖8共同構(gòu)成一個半開放的諧振腔，形成激光振蕩，最終實(shí)現(xiàn)多波長的隨機(jī)激光輸出。
[0020]一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器工作原理:
[0021]摻鉺光纖泵浦激光源3的激光將摻鉺光纖5中的Er3+激發(fā)到高能級，布里淵泵浦激光源I的激光通過第一環(huán)形器2進(jìn)入環(huán)形結(jié)構(gòu)中，被摻鉺光纖5放大，然后進(jìn)入產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6。在產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6中產(chǎn)生逆時針方向傳播的一階受激布里淵散射和布里淵泵浦激光的瑞利背向散射。逆時針方向傳播的一階受激布里淵散射和布里淵泵浦激光的瑞利背向散射光被摻鉺光纖5再次放大，然后經(jīng)過第一環(huán)形器2、第二環(huán)形器7，進(jìn)入隨機(jī)分布反饋光纖8。如果布里淵泵浦功率足夠高，其產(chǎn)生的一階受激布里淵功率發(fā)生飽和，在隨機(jī)分布反饋光纖8中會產(chǎn)生背向傳播的二階受激布里淵散射。新產(chǎn)生的二階受激布里淵背向散射光，以及隨機(jī)分布反饋光纖8中一階受激布里淵散射的瑞利背向散射光，部分地反射回環(huán)形結(jié)構(gòu)中繼續(xù)傳播。剩余的光從隨機(jī)分布反饋光纖8的另一端形成隨機(jī)激光輸出。當(dāng)布里淵泵浦功率足夠高時，由于低階布里淵散射的飽和效應(yīng)，高階布里淵散射不斷產(chǎn)生，最終實(shí)現(xiàn)多波長的隨機(jī)激光輸出。
[0022]實(shí)施例
[0023]圖2為輸出I?3個波長的輸出光譜圖，圖3為輸出為多個波長的輸出光譜圖，與其對應(yīng)的多波長隨機(jī)光纖激光器如圖1所示。其中摻鉺光纖5長度為lm，產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6為IOkm的單模光纖，隨機(jī)分布反饋光纖8為20km的單模光纖。布里淵泵浦激光源I波長為1550nm，摻鉺光纖泵浦激光源3波長為980nm，波分復(fù)用器4工作波長為980nm/1550nm。與圖2中從下往上三條曲線對應(yīng)的布里淵泵浦激光源I泵浦功率均為2mW，摻鉺光纖泵浦激光源3的泵浦功率依次為150mW、227mW和285mW。與圖3中對應(yīng)的布里淵泵浦激光源I泵浦功率為2mW，摻鉺光纖泵浦激光源3的泵浦功率為425mW。
[0024]1550nm布里淵泵浦激光源I經(jīng)第一環(huán)形器一端口 100進(jìn)入環(huán)形結(jié)構(gòu)，第一環(huán)形器二端口 101與1550nm的波分復(fù)用器一端口 103相連，980nm的波分復(fù)用器二端口 104與980nm摻鉺光纖泵浦激光源3相連，波分復(fù)用器三端口 105與Im的摻鉺光纖5相連，摻鉺光纖5的另一端與IOkm的產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6相連。IOkm的產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6的另一端與第二環(huán)形器三端口 108相連，第一環(huán)形器三端口 102與第二環(huán)形器一端口 106相連，第二環(huán)形器二端口 107與20km的隨機(jī)分布反饋光纖8的一端相連。隨機(jī)分布反饋光纖8的另一端輸出多波長的隨機(jī)激光。1550nm布里淵泵浦激光源I經(jīng)第一環(huán)形器一端口 100進(jìn)入環(huán)形結(jié)構(gòu)后，被摻鉺光纖5放大，然后進(jìn)入產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖6中產(chǎn)生受激布里淵散射和瑞利背向散射，產(chǎn)生的一階受激布里淵散射和瑞利背向散射光逆時針方向傳播，再次被摻鉺光纖放大。然后經(jīng)由波分復(fù)用器4、第一環(huán)形器2和第二環(huán)形器7進(jìn)入隨機(jī)分布反饋光纖8。如果1550nm布里淵泵浦激光的功率足夠高，一階受激布里淵散射的功率將達(dá)到飽和，在隨機(jī)分布反饋光纖8產(chǎn)生二階受激布里淵背向散射和瑞利背向散射。二階布里淵散射經(jīng)環(huán)形結(jié)構(gòu)后，再次到達(dá)隨機(jī)分布反饋光纖8，產(chǎn)生三階受激布里淵散射和瑞利背向散射。這個過程不斷進(jìn)行，就可以產(chǎn)生更多的高階布里淵散射。所有的布里淵散射和瑞利背向散射光會被隨機(jī)分布反饋光纖8部分地反射回環(huán)形結(jié)構(gòu)中，剩余的各階布里淵散射光和瑞利背向散射光從隨機(jī)分布反饋光纖8另一端輸出，產(chǎn)生多波長隨機(jī)激光。
[0025]以上實(shí)施例只是本發(fā)明所有方案中優(yōu)選方案之一，其它對基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器結(jié)構(gòu)的簡單改變都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，其特征在于，包括布里淵泵浦激光源(I)、第一環(huán)形器(2)、摻鉺光纖泵浦激光源(3)、波分復(fù)用器(4)、摻鉺光纖(5)、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)、第二環(huán)形器(7)及隨機(jī)分布反饋光纖(8);所述的布里淵泵浦激光源(I)與第一環(huán)形器一端口(100)相連，第一環(huán)形器二端口(101)與波分復(fù)用器一端口(103)相連，波分復(fù)用器二端口(104)與摻鉺光纖泵浦激光源(3)相連，波分復(fù)用器三端口(105)與摻鉺光纖(5)相連，摻鉺光纖(5)的另一端與產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)相連，產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖出)的另一端與第二環(huán)形器三端口(108)相連，第一環(huán)形器三端口(102)與第二環(huán)形器一端口(106)相連，第二環(huán)形器二端口(107)與隨機(jī)分布反饋光纖(8)的一端相連，隨機(jī)分布反饋光纖(8)的另一端作為激光輸出；所述的第一環(huán)形器(2)、波分復(fù)用器(4)、摻鉺光纖(5)、產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)、第二環(huán)形器(7)組成一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，與隨機(jī)分布反饋光纖(8)共同構(gòu)成一個半開放的諧振腔，形成激光振蕩，最終實(shí)現(xiàn)多波長的隨機(jī)激光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，其特征在于，所述的摻鉺光纖泵浦激光源(3)通過改變泵浦功率，并利用布里淵散射增益的飽和特性，來調(diào)諧輸出隨機(jī)激光的波長個數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，其特征在于，所述的隨機(jī)分布反饋光纖(8)中產(chǎn)生的背向受激布里淵散射和瑞利背向散射形成反饋機(jī)制，使激光在環(huán)形結(jié)構(gòu)中形成振蕩，實(shí)現(xiàn)光放大，降低閾值功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，其特征在于，所述的產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)長度為Ikm~200km，隨機(jī)分布反饋光纖(8)長度為Ikm ~200kmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合增益的多波長隨機(jī)光纖激光器，其特征在于，所述的產(chǎn)生布里淵效應(yīng)的光纖(6)為單模光纖、色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖、高非線性光纖、高非線性色散位移光纖，隨機(jī)分布反饋光纖(8)為單模光纖、色散位移光纖、色散補(bǔ)償光纖、高非線性光纖、高非線性色散位移光`纖。
【文檔編號】H01S3/083GK103579894SQ201310601187
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】黃昌清, 劉夢詩, 宋鑫, 李佳, 董新永 申請人:中國計量學(xué)院