一种拉曼增益沿光纤长度变化的随机光纤激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤激光器技术领域，设及一种拉曼增益沿光纤长度方向变化的光纤 激光器。
【背景技术】
[0002] 随机分布反馈光纤激光器既有光纤激光器结构紧凑、小型化、转换效率高、光束质 量好等优点，又有随机激光无模式、低空间相干性等特性，因而受到了极大的关注。同时，已 有研究表明，随机光纤激光器利用光纤中的随机分布瑞利散射作为谐振反馈而非传统光纤 激光器的固定谐振腔，而激光增益则是由光纤中的受激拉曼散射提供。相比于传统渗杂稀 ±离子的光纤激光器，随机分布反馈光纤激光器具有更宽的增益带宽、更多的输出波长选 择，从而被认为是一种新的重要光源。
[0003] 随着光纤激光器的发展，对随机光纤激光器的需求包括:需要随机光纤激光器的 激射阔值越低，激光器转换效率越高。为此，本申请人于2012年4月17日申请了一件申请号 为"201210111067.3"、名称为"一种半开放腔的低阔值随机光纤激光器"的发明专利申请， 该半开放腔的低阔值随机光纤激光器的累浦光源通过波分复用器WDM将光波由前端禪合到 标准单模光纤中，波分复用器WDM的公共端与一特定中屯、波长的高反射率光纤光栅相连，光 纤激光器中反馈由随机分布瑞利散射及光纤光栅反馈共同提供，光纤末端为激光器的输出 端口。该发明申请提出的半开放腔的低阔值随机光纤激光器具有波长可调谐，多阶随机激 光混合输出和结构简单等特点，为相关光器件及系统的研制提供了新的手段，也有助于进 一步推动随机分布反馈光纤激光器在光传感及光通信等领域的应用；且还具有波长可调 谐、多阶随机激光混合输出和结构简单等特点。类似的其他利用半开腔结构、有源光纤、特 种光纤等技术手段的研究也层出不穷，但是现有技术中降低激光器阔值、提升激光器效率 的手段主要是从结构上(半开腔或者光纤长度）W及光纤非线性增益大小两个角度进行调 整。但是，不论是通过提高半开腔中点式反射镜的反射率W降低激光器阔值，还是通过增加 光纤中非线性增益系数W降低激光器阔值，运两种技术路线均存在理论上的极限。具体而 言，（1)点式反射镜的反射率存在着上限值，对阔值降低效果有限；（2)增加光纤非线性系数 会加剧非线性效果累加程度加剧，导致有害的非线性效果产生。从而严重限制了随机光纤 激光器的发展。此外，现有技术中，应用于随机光纤激光器中的光纤的非线性参量系数沿光 纤长度方向是均匀不变的。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的在于:从结构上(半开腔或者光纤长度）W及光纤非线性增益大 小W外的角度，根据随机光纤激光器内部激射光功率在空间上的分布优化设计，提供一种 新型拉曼增益沿光纤长度变化的随机光纤激光器。该激光器可W在不改变腔体结构、腔长 W及光纤平均非线性系数的前提下，实现一阶和二阶激射的阔值有效调控。而二阶激射阔 值又直接决定了激光器可达到的最大输出功率。
[000引为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 一种拉曼增益沿光纤长度变化的随机光纤激光器，包括依次连接的累浦光源、点式反 射镜和光纤，所述光纤的拉曼增益系数沿光纤的长度方向是变化的。
[0006] 其中，所述光纤为石英光纤，且所述石英光纤的忍径尺寸沿光纤的长度方向是变 化的。
[0007] 其中，所述光纤为石英光纤，所述石英光纤的忍层中渗杂的Ge化的浓度和/或所述 石英光纤的包层中渗入的氣素的浓度沿光纤的长度方向是变化的。
[0008] 其中，所述光纤为光子晶体光纤，所述光子晶体光纤中空气孔的直径/间距比沿光 子晶体光纤的长度方向是变化的。
[0009] 其中，所述光纤为非石英光纤，且所述非石英光纤的材料沿非石英光纤的长度方 向是变化的。
[0010] 其中，所述点式反射镜为光纤布拉格光栅FBG。
[0011] 其中，所述点式反射镜包括波分复用器WDM和禪合器，所述累浦光源与波分复用器 WDM的累浦光波长端口连接，所述波分复用器WDM的公共端与光纤连接，所述波分复用器WDM 的随机激光波长端口与禪合器的禪合公共端连接，所述禪合器的两个50%端相互连接构成 光纤环反射镜。
[0012] 其中，所述点式反射镜包括波分复用器WDM和光纤平端面，所述累浦光源与波分复 用器WDM的累浦波长端口相连，所述波分复用器WDM的随机激光波长端口尾纤为光纤平端 面，所述波分复用器WDM的公共端与所述拉曼增益变化光纤相连。
[0013] 其中，所述光纤的尾端经斜端面处理。
[0014] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 1、本发明中，该随机光纤激光器所采用的光纤为特殊光纤，所采用的光纤的拉曼增益 在光纤的不同位置处可W是不同的，该光纤的拉曼增益系数沿光纤的长度方向并不是完全 相同的，该光纤的拉曼增益系数沿光纤的长度方向是变化的，但是光纤总的拉曼增益系数 并不增加;光纤的拉曼增益系数变化不等可通过控制石英光纤不同位置处的忍径尺寸、忍 层中渗杂的Ge化的浓度和/或包层中渗入的氣素的浓度、光子晶体光纤空气孔的直径/间距 比、非石英光纤的材料等参数来实现;通过控制沿光纤长度方向上拉曼增益系数的分布可 W有效控制随机光纤激光器中激射光功率的分布，随机光纤激光器中激射光的激射功率在 空间上的分布更加优化，使得激光器激射效率更高，从而可在不改变激光器腔体结构、腔体 腔长W及光纤总的非线性的前提下，通过采用拉曼增益系数沿光纤的长度方向是变化的光 纤来降低随机光纤激光器的阔值，并提高随机光纤激光器的输出效率。
[0015] 2、本发明中，点式反射镜选用光纤布拉格光栅FBG，累浦光源和光纤之间通过光纤 布拉格光栅FBG连接，累浦光源产生的光纤可通过光纤布拉格光栅FBG刻写在光纤中，使光 纤布拉格光栅FBG的反射中屯、波长对准累浦产生的一阶斯托克斯光波长，从而使得光纤布 拉格光栅FBG只对斯托克斯光起反射作用，对累浦光起透射作用。因此累浦可W有效禪合进 光纤，而斯托克斯光更容易起振激射，降低阔值。
[0016] 3、本发明中，点式反射镜采用波分复用器WDM和禪合器的组合，禪合器的两个50% 支路相互连接形成一个光纤环反射镜，其公共端与WDM对应的一阶斯托克斯光端口相连，通 过WDM的波分复用作用起到对斯托克斯光的反射作用，降低激射阔值。
[0017] 4、本发明中，点式反射镜采用波分复用器WDM和光纤平端面的组合，波分复用器 WDM的累浦波长端口与累浦光纤相连，波分复用器WDM的随机激光波长端口尾纤为光纤平端 面，光纤平端面的菲涅尔反射通过波分复用器WDM对随机激光起反射作用，降低激射阔值。 波分复用器WDM的公共端与所述拉曼增益变化光纤相连。
[0018] 5、本发明中，光纤的尾端经斜端面处理，抑制菲涅尔反射。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的结构示意图； 图2为本发明中采用光纤布拉格光栅时的结构示意图； 图3为本发明中采用波分复用器和禪合器时的结构示意图； 图4为本发明中采用波分复用器和光纤平端面的结构示意图； 图5为本发明举例的拉曼增益沿长度变化光纤的两种优选的拉曼增益分布和普通石英 单模光纤的拉曼增益系数分布，A为拉曼增益系数由大到小均匀变化，B为拉曼增益系数由 小到大均匀变化，C为普通石英单模光纤拉曼增益系数； 图6为基于图4中拉曼增益分布光纤和均匀增益光纤的随机光纤激光器仿真输入输出 图； 其中，附图标记为：1一累浦光源、2-点式反射镜、3-光纤、4-波分复用器WDM、5-光 纤平端面、6-禪合器、7-光纤布拉格光栅FBG、8-累浦光波长端口、9-公共端、10-随机 激光波长端口、11-禪合器公共端。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施