一种基于多波长泵浦的超宽带随机光纤激光器的制作方法

本发明属于光纤激光技术领域，具体涉及一种基于多波长泵浦的超宽带随机光纤激光器。

背景技术：

随机光纤激光器利用被动光纤中微弱的瑞利散射提供随机分布式反馈，其增益来源于被动光纤中受激拉曼散射(SRS)的非线性效应，因此可以实现“无谐振腔”、“无增益光纤”条件下的激光输出。早期的随机光纤激光器不需要光栅等任何反馈器件，因此被称为“全开腔”结构随机光纤激光器。近年来，研究人员提出通过在激光器的一端引入高反光栅，即“半开腔”结构，理论和实验研究表明，“半开腔”结构可以降低出光阈值、提升激光器效率，并使得原本“全开腔”结构中双向传输的随机激光从单端光纤输出，更加有利于实际应用。由于利用无序介质中的瑞利散射提供随机反馈，不需要严格的谐振腔结构，随机光纤激光器具有结构简单、无纵模、转换效率高、光谱平滑等特点，是激光技术领域的研究热点。

早期的随机光纤激光研究主要面对通信、传感等领域，通常对随机激光的输出光谱宽度没有特殊要求，然而对于照明、显示成像、光电对抗等领域，希望得到尽可能宽的输出光谱，但是一般随机激光输出的3dB谱宽都小于5nm，无法满足实际需求。另一方面，目前采用一些滤波器件可以实现相对较宽波长范围的随机激光输出，但是都是用到了较为复杂的滤波器件，输出波长为分立形态，并且这些器件无法承受高功率，因此输出功率较低，也限制了实际应用。

随机光纤激光器的增益来源于被动光纤中SRS效应，在硅玻璃光纤中，随机激光增益峰波长通常与泵浦波长存在一个固定的频率间隔，即13.2THz，因此在硅玻璃光纤中，随机光纤激光的输出波长相对确定。由于SRS过程不存在真实的激光上能级，其中心波长的增益无法类似于掺稀土离子增益通过其他能级的传递转化为其他波长的激光，因此，激光光谱的展宽完全依赖于非线性效应以及色散的作用。但是如果单纯加强了非线性效应的强度，又必然会降低二阶随机激光产生的阈值，从而限制了一阶随机激光功率的提升。

技术实现要素：

本发明的目的是提出基多波长泵浦的超宽谱光纤激光器实现方案，以突破以往随机光纤激光器中输出光谱较窄的限制，进一步拓宽随机光纤激光器的输出谱宽。其基本思想是：基于多个特定波长间隔的光源泵浦随机光纤激光器，利用泵浦源的光谱特性同时结合随机激光自身的光谱展宽，产生连续超宽带的随机激光输出。其基本组成包括：多波长泵浦源、被动光纤以及超宽带耦合器，其中多波长泵浦源(1)的输出端与超宽带耦合器(2)的一端采用熔接的方式加以连接，超宽带耦合器(2)的公共端与被动光纤(3)采用熔接的方式加以连接；被动光纤(3)的另一端切斜角以抑制本端面反馈，并作为随机激光的前向输出端；超宽带耦合器(2)的另一端切斜角，作为随机光纤激光器的后向输出端。

现对各组成部分的特点描述如下：

多波长泵浦源：可以是常规的光纤激光器，也可以是光纤耦合的半导体激光器或者固体激光器。激光由光纤耦合输出，光纤纤芯的直径与后文所述被动光纤纤芯的直径一致，光纤纤芯的数值孔径与后文所述被动光纤纤芯的数值孔径一致，激光器具体的中心波长无特定要求，激光器为单一波长激光器，线宽取1nm到5nm之间，激光器的数量根据实际需求确定，波长间隔取5nm到15nm之间、偏振特性没有特殊要求；

上述激光器采用波分复用器或者直接级联的方式产生，若采用直接级联的方式，级联顺序是长波长激光在前，短波长激光在后；

被动光纤：常规的石英基光纤或者光子晶体光纤，由纤芯、包层和涂覆层组成。泵浦光和产生的激光在纤芯中传输，通过理论设计使被动光纤具有较大的非线性系数以及较小的色散；

超宽带耦合器：在泵浦波长范围和希望得到的光谱范围内有较高的透过率，能保证激光器波长和产生的信号泵浦都低损耗的通过，需要指出的是，目前超宽带的光纤耦合器主要基于空间耦合、镜片反射结构，而对于100nm左右宽度的镀膜技术是十分成熟的。

本发明提出一种多波长泵浦的超宽谱随机光纤激光器。与以往技术相比，本发明突破了随机激光输出光谱较窄的限制，可实现更宽谱宽、更高功率输出，具有先进性和实用性。

附图说明

图1是本发明基于多波长泵浦的超宽带随机光纤激光器的结构示意图，

图2是本发明多波长泵浦源的产生方式之一的结构示意图，

图3是本发明多波长泵浦源的产生方式之二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图示对本发明进行进一步说明：

图1所示的超宽带随机光纤激光器包括多波长泵浦源(1)、超宽带耦合器(2)和被动光纤(3)等3个部分。其中泵浦源(1)的输出端与超宽带耦合器(2)的一端采用熔接的方式加以连接，熔接点为(4)，超宽带耦合器(2)的公共端与被动光纤(3)采用熔接的方式加以连接，熔接点为(5)；被动光纤(3)的另一端切斜角(7)以抑制端面反馈，并作为随机激光的前向输出端。超宽带耦合器(2)的另一自由端切斜角(6)，作为随机光纤激光器的后向输出端。

图2所示为多波长泵浦源(1)的其中一种产生结构。单一波长光纤激光器(81)、(82)……、(8N)通过波分复用器(9)的各个输入臂连接，连接采用熔接的方式，熔点分别为(41)、(42)、……、(4N)，最后从波分复用器(9)的公共端输出。单一波长光纤激光器(81)、(82)……、(8N)的波长间隔在5nm到15nm之间，各激光器带宽在1nm到5nm之间。

图3所示为多波长泵浦源(1)的另一种产生结构。单一波长光纤激光器(81)、(82)……、(8N)通过级联熔接的方式连接，熔点分别为(51)、(52)、……、(5N)，连接的顺序是长波长激光在前，短波长激光在后。单一波长光纤激光器(81)、(82)……、(8N)的波长间隔在5nm到15nm之间，各激光器带宽在1nm到5nm之间。

下面给出本发明结构示意图对应的具体实施例：

对于图1所示的超宽谱随机光纤激光器，多波长泵浦源(1)是波长分别为1070nm、1080nm、1090nm、1100nm的掺镱光纤激光器，采用图2所示的结构合成一路输出，单个激光输出功率均为10瓦，3dB线宽均为3nm。多波长泵浦源(1)采用图2所示方式合成后与超宽带耦合器(2)熔接。超宽带耦合器公共端与纤芯直径为10μm、数值孔径为0.06、长度为800m的被动光纤(3)的一端熔接，被动光纤(3)的另一端切斜角(7)作为输出端。经过被动光纤中微弱的瑞利散射提供的随机分布式反馈和受激拉曼散射提供的增益，可实现1120nm到1160nm的超宽带一阶拉曼光输出；由于多波长泵浦源(1)和光纤中非线性效应导致的光谱展宽作用，会在1120nm到1160nm的宽光谱范围内都有随机激光产生，这是目前该波段产生的最宽光谱范围的随机激光。