CN103401131A - 一种特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器 - Google Patents

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饶云江
张伟利
朱叶雨
王子南
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Abstract

本发明公开了一种特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，属于新型激光技术领域，其包括泵浦光源、具有三个端口的波分复用器件WDM、特种光纤，所述泵浦光源、波分复用器件WDM、标准单模光纤和特种光纤依次连接；标准单模光纤与特种光纤构成开放的谐振腔，形成随机谐振模式；泵浦光源发出的泵浦光经波分复用器件WDM耦合到标准单模光纤和特种光纤中，获得强瑞利散射和高拉曼增益，当增益大于损耗时，在光纤末端实现随机激光输出。本发明具有泵浦阈值低、波长可调谐、输出稳定和结构简单的特点，这为相关光器件及***的研制提供了新的手段，同时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。

Description

一种特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器
技术领域
本发明属于新型激光技术领域，涉及该领域中的光纤随机激光器，具体涉及一种特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器。
背景技术
随机激光器是利用增益介质中无序分布散射体的多次散射形成闭合反馈回路即振荡模式而实现发光的器件，其结构简单，形状灵活，时域相干、空域不相干，这些特性使其在光显示、光传感和光成像等领域具有极好的应用前景。利用光纤本身的无序性实现随机激光是一个非常新的课题，2010年英国Aston大学Turistsyn等人利用标准单模光纤的瑞利散射效应为反馈机制并结合拉曼放大实现了随机分布反馈光纤激光的输出。这种新型光纤激光器制作简单、输出连续稳定、噪声低、方向性好、传输距离长和宽带波长可调谐。在光放大、光通信及光传感等领域，具有广泛的潜在应用前景。但由于光纤中瑞利散射非常弱，虽可通过拉曼效应加以放大，其运转仍需较高的阈值泵浦功率，尤其是高阶随机激光输出更加难以实现；此外，光纤中的功率分布不平衡也不利于其在长距离光放大。这都在一定程度上对随机分布反馈光纤激光器的进一步应用产生影响。
发明内容
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种结构简单、便于实现的特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，其旨在解决现有的光纤随机激光器的阈值泵浦功率高，高阶随机激光难以输出的问题，另一方面，也通过调节特种光纤的长度和位置有效设计和控制随机激光功率分布、输出频谱等特性，更好地服务其在光传输、光放大和光传感等方面的应用。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，包括泵浦光源1、波分复用器件WDM3、标准单模光纤5，所述波分复用器件WDM3具有三个端口，分别为第一输入端2、第二输入端8和公共端9，其特征在于，还包括具有高瑞利散射和高拉曼增益系数的特种光纤6，所述泵浦光源1、波分复用器件WDM3、标准单模光纤5和特种光纤6依次连接；标准单模光纤5与特种光纤6构成开放的谐振腔，提供具有拉曼增益的随机分布式瑞利反馈，形成随机谐振模式；泵浦光源发出的泵浦光经波分复用器件WDM3的第一输入端2耦合到标准单模光纤5和特种光纤6中，泵浦光产生的拉曼斯托克斯光在光纤中获得强瑞利散射和高拉曼增益，当增益大于损耗时，在光纤末端7实现随机激光输出。
更进一步，改变特种光纤6的长度及其相对于标准单模光纤5的位置，包括特种光纤6与标准单模光纤5位置互换、特种光纤6不与标准单模光纤5连接而是一端与波分复用器件WDM3的第二输入端8连接，通过这种方式优化随机激光激射效率，控制其腔长及其中的随机激光功率分布，控制其输出功率和频谱特性，进一步降低光纤随机激光器的阈值。
更进一步，本发明所提供的特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，可在波分复用器件WDM3的公共端9与标准单模光纤间接入高反射率的光纤布拉格光栅FBG4，其中心频率与一阶拉曼斯托克斯光峰值波长对应，光纤布拉格光栅FBG4与标准单模光纤5和特种光纤6形成半开放腔，这样背向传输的一阶拉曼斯托克斯光将被光纤布拉格光栅FBG4反馈回光纤再次被放大，以提高泵浦效率，降低阈值，并更容易实现高阶随机激光的发射。
更进一步，波分复用器件WDM3的公共端9与光纤连接之前可同时连接多个光纤布拉格光栅FBG，它们的中心波长分别于各阶高阶拉曼斯托克斯光的峰值波长对，如增加两个光纤布拉格光栅FBG，其中心波长分别对应一阶和二阶拉曼拉曼斯托克斯光的峰值，以此类推。这样可降高阶随机激光的激射阈值。
所述特种光纤的类型为色散补偿光纤、高非线性光纤和光子晶体光纤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明具有泵浦阈值低、波长可调谐、输出稳定和结构简单，对功率分布、输出功率和频谱的控制及优化更灵活、更容易等特点，这为相关光器件及***的研制提供了新的手段，同时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。
附图说明
图1为特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器结构示意图；
图2为特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器一实施例的激光输出频谱图；
附图标记为：1.泵浦光源，2.WDM第一输入端，3.WDM，4.光纤布拉格光栅FBG，5. 标准单模光纤，6. 特种光纤，7.光纤末端，8.WDM第二输入端，9.WDM公共端，10. 随机分布瑞利散射。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
在图1中，泵浦光源1通过WDM3的一端口2将光波由前端耦合到标准单模光纤5和特种光纤6中，由此提供随机反馈及增益，光纤末端7为随机激光的输出端口；若还连接有光纤布拉格光栅FBG4，则光纤激光器中的反馈由光纤布拉格光栅FBG4以及标准单模光纤5和色散补偿光纤6中的随机分布瑞利散射共同提供。
图2给出了光纤随机激光器一实施例的激光输出功率图。其中，泵浦光源1波长为1366nm，泵浦功率由低到高逐渐变化，泵浦光通过1365/1461nm的WDM3，WDM3的公共端9连接中心波长为一阶斯托克斯光峰值波长的FBG4，然后连接特种光纤5和标准单模光纤6，特种光纤5为色散补偿光纤长度为1Km，标准单模光纤6长度为9km，通过光纤末端7可得到波长为1454nm的一阶随机激光输出。为了对比，我们还给出了将特种光纤5长度降低到0km 时，光纤末端7的输出，如图2三角线所示。可以看出在不使用特种光纤5的情况下随机激光激射阈值增大、激射效率降低，而通过标准单模光纤6和特种光纤5的混合使用，随机激光输出被极大优化。

Claims (5)

1.一种特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，包括泵浦光源（1）、波分复用器件WDM（3）、标准单模光纤（5），所述波分复用器件WDM（3）具有三个端口，分别为第一输入端（2）、第二输入端（8）和公共端（9），其特征在于，还包括具有高瑞利散射和高拉曼增益系数的特种光纤（6），所述泵浦光源（1）、波分复用器件WDM（3）、标准单模光纤（5）和特种光纤（6）依次连接；标准单模光纤（5）与特种光纤（6）构成开放的谐振腔，提供具有拉曼增益的随机分布式瑞利反馈，形成随机谐振模式；泵浦光源发出的泵浦光经波分复用器件WDM（3）的第一输入端（2）耦合到标准单模光纤（5）和特种光纤（6）中，泵浦光产生的拉曼斯托克斯光在光纤中获得强瑞利散射和高拉曼增益，当增益大于损耗时，在光纤末端（7）实现随机激光输出。
2.根据权利要求1所述的特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，其特征在于，改变特种光纤（6）的长度及其相对于标准单模光纤（5）的位置，包括特种光纤（6）与标准单模光纤（5）位置互换、特种光纤（6）的一端与波分复用器件WDM（3）的第二输入端（8）连接。
3.根据权利要求1所述的特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，其特征在于，在波分复用器件WDM（3）的公共端（9）与标准单模光纤间接入高反射率的光纤布拉格光栅FBG（4），其中心频率与一阶拉曼斯托克斯光峰值波长对应，光纤布拉格光栅FBG（4）与标准单模光纤（5）和特种光纤（6）形成半开放腔。
4.根据权利要求1所述的特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，其特征在于，波分复用器件WDM（3）的公共端（9）与标准单模光纤连接之前同时连接多个光纤布拉格光栅FBG，它们的中心波长分别于各阶高阶拉曼斯托克斯光的峰值波长对。
5.根据权利要求1所述的特种光纤与标准单模光纤混合的光纤随机激光器，其特征在于，所述特种光纤的类型为色散补偿光纤、高非线性光纤和光子晶体光纤。
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