一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，属于光纤激光器【技术领域】，由布里渊泵浦激光源、掺铒光纤泵浦激光源、第一环形器、第二环形器、波分复用器、掺铒光纤、产生布里渊效应的光纤及随机分布反馈光纤组成。本发明将第一环形器、波分复用器、掺铒光纤、产生布里渊效应的光纤、第二环形器组成一个环形结构，与随机分布反馈光纤共同构成一个半开放的谐振腔，实现激光振荡，并利用受激布里渊散射和掺铒光纤对光进行混合增益放大。使得该激光器结构简单、阈值功率低、输出波长多、波长间隔短且波长间隔相等。
【专利说明】一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种随机光纤激光器，尤其涉及一种基于受激布里渊散射和掺铒光纤混合增益的随机分布反馈光纤激光器，属于光纤激光器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随机激光器是基于随机分布反馈的一类激光器，其利用无序介质中的多次散射效应实现随机分布反馈。因此，三维块体随机激光器往往存在激光输出角度依赖性和高的阈值功率等缺点。光纤具有极好的二维限制，可以有效克服随机激光输出角度依赖性和阈值功率高的问题。随机光纤激光器主要分为三类，第一类基于填充分散TiO2纳米颗粒的若丹明6G溶液的光子晶体光纤，利用侧面泵浦获得随机激光输出，该方法技术难度大，输出激光波长少；第二类基于随机分布的光纤布拉格光栅，可获得低阈值功率的随机激光输出，但制备复杂，输出波长少，波长间隔不固定；第三类基于瑞利背向散射，由于瑞利背向散射较弱，目前的方法主要是利用拉曼效应对瑞利背向散射信号进行放大，但具有激光阈值功率高、转换效率低、输出波长少等缺点。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，该激光器结构简单、阈值功率低、输出波长多、波长间隔短且波长间隔相等。
[0004]本发明为解决技术问题所采取的技术方案为:
[0005]一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，包括布里渊泵浦激光源(I)、第一环形器(2)、掺铒光纤泵浦激光源(3)、波分复用器(4)、掺铒光纤(5)、产生布里渊效应的光纤(6)、第二环形器(7)及随机分布反馈光纤(8);所述的布里渊泵浦激光源(I)与第一环形器一端口(100)相连，第一环形器二端口(101)与波分复用器一端口(103)相连，波分复用器二端口(104)与掺铒光纤泵浦激光源(3)相连，波分复用器三端口(105)与掺铒光纤
(5)相连，掺铒光纤(5)的另一端与产生布里渊效应的光纤(6)相连，产生布里渊效应的光纤(6)的另一端与第二环形器三端口(108)相连，第一环形器三端口(102)与第二环形器一端口(106)相连，第二环形器二端口(107)与随机分布反馈光纤(8)的一端相连，随机分布反馈光纤(8)的另一端作为激光输出；所述的第一环形器(2)、波分复用器(4)、掺铒光纤
[5]、产生布里渊效应的光纤(6)、第二环形器(7)组成一个环形结构，与随机分布反馈光纤
(8)共同构成一个半开放的谐振腔，形成激光振荡，最终实现多波长的随机激光输出。
[0006]所述的掺铒光纤泵浦激光源(3)通过改变泵浦功率，并利用布里渊散射增益的饱和特性，来调谐输出随机激光的波长个数。
[0007]所述的随机分布反馈光纤(8)中产生的背向受激布里渊散射和瑞利背向散射形成反馈机制，使激光在环形结构中形成振荡，实现光放大，降低阈值功率。
[0008]所述的产生布里渊效应的光纤(6)长度为Ikm~200km,随机分布反馈光纤(8)长度为Ikm~200km。
[0009]所述的产生布里渊效应的光纤(6)为单模光纤、色散位移光纤、色散补偿光纤、高非线性光纤、高非线性色散位移光纤，随机分布反馈光纤(8)为单模光纤、色散位移光纤、色散补偿光纤、高非线性光纤、高非线性色散位移光纤。
[0010]本发明的有益效果为:
[0011]1、利用布里渊散射增益和掺铒光纤的线性增益作为混合增益，使得多波长随机光纤激光器的阈值功率显著降低； [0012]2、利用布里渊散射增益的饱和特性，获得波长间隔短(0.088nm)且固定的多波长随机激光输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面结合附图及其实施例对本发明作进一步说明。
[0014]图1为本发明基于混合增益的多波长随机光纤激光器结构示意图；
[0015]图2为本发明输出为I~3个波长的随机光纤激光输出光谱；
[0016]图3为本发明输出为多个波长的随机光纤激光输出光谱。
[0017]I为布里渊泵浦激光源；2为第一环形器；3为掺铒光纤泵浦激光源；4为波分复用器；5为掺铒光纤；6为产生布里渊效应的光纤；7为第二环形器；8为随机分布反馈光纤；100为第一环形器一端口 ；101为第一环形器二端口 ；102为第一环形器三端口 ；103为波分复用器一端口 ；104为波分复用器二端口 ；105为波分复用器三端口 ；106为第二环形器一端口 ；107为第二环形器二端口 ；108为第二环形器三端口。
【具体实施方式】
[0018]以下结合本发明的结构和工作原理作详细说明:
[0019]图1中，一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，包括布里渊泵浦激光源1、第一环形器2、掺铒光纤泵浦激光源3、波分复用器4、掺铒光纤5、产生布里渊效应的光纤
6、第二环形器7及随机分布反馈光纤8 ;所述的布里渊泵浦激光源I与第一环形器一端口100相连，第一环形器二端口 101与波分复用器一端口 103相连，波分复用器二端口 104与掺铒光纤泵浦激光源3相连，波分复用器三端口 105与掺铒光纤5相连，掺铒光纤5的另一端与产生布里渊效应的光纤6相连，产生布里渊效应的光纤6的另一端与第二环形器三端口 108相连，第一环形器三端口 102与第二环形器一端口 106相连，第二环形器二端口 107与随机分布反馈光纤8的一端相连，随机分布反馈光纤8的另一端作为激光输出；所述的第一环形器2、波分复用器4、掺铒光纤5、产生布里渊效应的光纤6、第二环形器7组成一个环形结构，与随机分布反馈光纤8共同构成一个半开放的谐振腔，形成激光振荡，最终实现多波长的随机激光输出。
[0020]一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器工作原理:
[0021]掺铒光纤泵浦激光源3的激光将掺铒光纤5中的Er3+激发到高能级，布里渊泵浦激光源I的激光通过第一环形器2进入环形结构中，被掺铒光纤5放大，然后进入产生布里渊效应的光纤6。在产生布里渊效应的光纤6中产生逆时针方向传播的一阶受激布里渊散射和布里渊泵浦激光的瑞利背向散射。逆时针方向传播的一阶受激布里渊散射和布里渊泵浦激光的瑞利背向散射光被掺铒光纤5再次放大，然后经过第一环形器2、第二环形器7，进入随机分布反馈光纤8。如果布里渊泵浦功率足够高，其产生的一阶受激布里渊功率发生饱和，在随机分布反馈光纤8中会产生背向传播的二阶受激布里渊散射。新产生的二阶受激布里渊背向散射光，以及随机分布反馈光纤8中一阶受激布里渊散射的瑞利背向散射光，部分地反射回环形结构中继续传播。剩余的光从随机分布反馈光纤8的另一端形成随机激光输出。当布里渊泵浦功率足够高时，由于低阶布里渊散射的饱和效应，高阶布里渊散射不断产生，最终实现多波长的随机激光输出。
[0022]实施例
[0023]图2为输出I?3个波长的输出光谱图，图3为输出为多个波长的输出光谱图，与其对应的多波长随机光纤激光器如图1所示。其中掺铒光纤5长度为lm，产生布里渊效应的光纤6为IOkm的单模光纤，随机分布反馈光纤8为20km的单模光纤。布里渊泵浦激光源I波长为1550nm，掺铒光纤泵浦激光源3波长为980nm，波分复用器4工作波长为980nm/1550nm。与图2中从下往上三条曲线对应的布里渊泵浦激光源I泵浦功率均为2mW，掺铒光纤泵浦激光源3的泵浦功率依次为150mW、227mW和285mW。与图3中对应的布里渊泵浦激光源I泵浦功率为2mW，掺铒光纤泵浦激光源3的泵浦功率为425mW。
[0024]1550nm布里渊泵浦激光源I经第一环形器一端口 100进入环形结构，第一环形器二端口 101与1550nm的波分复用器一端口 103相连，980nm的波分复用器二端口 104与980nm掺铒光纤泵浦激光源3相连，波分复用器三端口 105与Im的掺铒光纤5相连，掺铒光纤5的另一端与IOkm的产生布里渊效应的光纤6相连。IOkm的产生布里渊效应的光纤6的另一端与第二环形器三端口 108相连，第一环形器三端口 102与第二环形器一端口 106相连，第二环形器二端口 107与20km的随机分布反馈光纤8的一端相连。随机分布反馈光纤8的另一端输出多波长的随机激光。1550nm布里渊泵浦激光源I经第一环形器一端口 100进入环形结构后，被掺铒光纤5放大，然后进入产生布里渊效应的光纤6中产生受激布里渊散射和瑞利背向散射，产生的一阶受激布里渊散射和瑞利背向散射光逆时针方向传播，再次被掺铒光纤放大。然后经由波分复用器4、第一环形器2和第二环形器7进入随机分布反馈光纤8。如果1550nm布里渊泵浦激光的功率足够高，一阶受激布里渊散射的功率将达到饱和，在随机分布反馈光纤8产生二阶受激布里渊背向散射和瑞利背向散射。二阶布里渊散射经环形结构后，再次到达随机分布反馈光纤8，产生三阶受激布里渊散射和瑞利背向散射。这个过程不断进行，就可以产生更多的高阶布里渊散射。所有的布里渊散射和瑞利背向散射光会被随机分布反馈光纤8部分地反射回环形结构中，剩余的各阶布里渊散射光和瑞利背向散射光从随机分布反馈光纤8另一端输出，产生多波长随机激光。
[0025]以上实施例只是本发明所有方案中优选方案之一，其它对基于混合增益的多波长随机光纤激光器结构的简单改变都属于本发明所保护的范围。
【权利要求】
1.一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，其特征在于，包括布里渊泵浦激光源(I)、第一环形器(2)、掺铒光纤泵浦激光源(3)、波分复用器(4)、掺铒光纤(5)、产生布里渊效应的光纤(6)、第二环形器(7)及随机分布反馈光纤(8);所述的布里渊泵浦激光源(I)与第一环形器一端口(100)相连，第一环形器二端口(101)与波分复用器一端口(103)相连，波分复用器二端口(104)与掺铒光纤泵浦激光源(3)相连，波分复用器三端口(105)与掺铒光纤(5)相连，掺铒光纤(5)的另一端与产生布里渊效应的光纤(6)相连，产生布里渊效应的光纤出)的另一端与第二环形器三端口(108)相连，第一环形器三端口(102)与第二环形器一端口(106)相连，第二环形器二端口(107)与随机分布反馈光纤(8)的一端相连，随机分布反馈光纤(8)的另一端作为激光输出；所述的第一环形器(2)、波分复用器(4)、掺铒光纤(5)、产生布里渊效应的光纤(6)、第二环形器(7)组成一个环形结构，与随机分布反馈光纤(8)共同构成一个半开放的谐振腔，形成激光振荡，最终实现多波长的随机激光输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，其特征在于，所述的掺铒光纤泵浦激光源(3)通过改变泵浦功率，并利用布里渊散射增益的饱和特性，来调谐输出随机激光的波长个数。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，其特征在于，所述的随机分布反馈光纤(8)中产生的背向受激布里渊散射和瑞利背向散射形成反馈机制，使激光在环形结构中形成振荡，实现光放大，降低阈值功率。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，其特征在于，所述的产生布里渊效应的光纤(6)长度为Ikm~200km，随机分布反馈光纤(8)长度为Ikm ~200kmo
5.根据权利要求1所述的一种基于混合增益的多波长随机光纤激光器，其特征在于，所述的产生布里渊效应的光纤(6)为单模光纤、色散位移光纤、色散补偿光纤、高非线性光纤、高非线性色散位移光纤，随机分布反馈光纤(8)为单模光纤、色散位移光纤、色散补偿光纤、高非线性光纤、高非线性色散位移光`纤。
【文档编号】H01S3/083GK103579894SQ201310601187
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】黄昌清, 刘梦诗, 宋鑫, 李佳, 董新永 申请人:中国计量学院