CN108692918A - 用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置及方法，其包括待测高功率光纤激光***、波长可调谐超低噪声光纤激光器、波分复用器、传能光纤、准直器、带通滤波器、功率计、废光收集器；通过分析中心波长为λ2的拉曼放大激光转换效率与待测高功率光纤激光***输出的中心波长为λ1的泵浦激光时域稳定性之间的依赖关系，通过测量拉曼放大信号光的输出功率，进而计算得到拉曼转换效率，并与无时域起伏理想情况下计算得到的拉曼放大光功率和转换效率作对比，即可评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性。本发明是基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性，可以避免传统光电检测方法中存在的带宽受限、***成本昂贵等问题。
Description
技术领域
本发明属于强激光技术领域，特别是涉及一种基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置及方法。
背景技术
高功率光纤激光***时域稳定性探究对于光纤传感、光纤通讯、引力波探测、非线性光纤光学、大功率光纤激光***等领域具有重要的科学意义和工程价值。
具体而言，在光纤传感、光纤通讯、引力波探测等领域，光纤激光***时域稳定性直接决定了传感、通讯和探测的精度和灵敏度。在非线性光纤光学应用领域，光纤激光***时域稳定性直接决定了***的受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制等非线性效应动力学特性。在大功率光纤激光领域，时域稳定性直接决定了光纤放大***的放大自发辐射、受激布里渊散射、热致模式不稳定、受激拉曼散射等非线性效应阈值特性。上述非线性阈值特性直接决定了光纤激光***的功率提升潜力。
传统方法直接通过光电探测手段检测和评价高功率光纤激光***的时域稳定性。该方法可直观反应输出激光在不同时间尺度上的分布特性，进而通过时间分布特性对激光时域稳定性进行分析。然而，该方法严重依赖于探测器件和光电信号处理器(例如示波器)的响应带宽。随着激光***时域稳定性探究尺度进一步向微观化发展，光电探测与处理模块的带宽会严重制约种子时域稳定性优劣的评价。此外，高带宽光电探测处理模块存在成本高昂的不足。与传统光电检测相比，纯光学检测诊断具有响应带宽高、响应速度快等特殊优势。
因此，设计出用纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置具有重要的科学意义和迫切的现实需要。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置及方法，所提供的装置是基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，可以避免传统光电检测方法中存在的带宽受限、***成本昂贵等问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：
用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，包括待测高功率光纤激光***、波长可调谐超低噪声光纤激光器、波分复用器、传能光纤、准直器、带通滤波器、功率计、废光收集器；
所述待测高功率光纤激光***其输出激光中心波长为λ1，所述波长可调谐超低噪声光纤激光器其输出激光中心波长为λ2，传能光纤其基质材料所对应的拉曼斯托克斯频移量为ΔλR，其中波长可调谐超低噪声光纤激光器其输出激光中心波长λ2＝λ1+ΔλR；
所述待测高功率光纤激光***和波长可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光通过波分复用器合成为一束激光输出，合束后的激光束注入到传能光纤中，经传能光纤输出的激光束经准直器准直输出，从准直器输出的激光束通过带通滤波器后分为两束分别为中心波长为λ2的拉曼放大激光和残余的中心波长为λ1的激光，其中中心波长为λ2的拉曼放大激光注入到功率计，残余的中心波长为λ1的激光注入到废光收集器。
本发明即上述用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中，待测高功率光纤激光***输出的激光充当泵浦激光，可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光充当信号激光，传能光纤提供拉曼增益，这样构成一个前向泵浦的拉曼光纤激光放大结构。
本发明用纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的基本原理如下：通过分析中心波长为λ2的拉曼放大激光转换效率与中心波长为λ1的泵浦激光(待测高功率光纤激光***输出的激光)时域稳定性之间的依赖关系，通过测量拉曼放大激光的输出功率，进而计算得到拉曼光转换效率，并与无时域起伏理想情况下计算得到的拉曼放大激光功率和拉曼光转换效率作对比，即可评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性。
具体地，基于上述用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，本发明提供一种评价高功率光纤激光***时域稳定性的方法，包括以下步骤：
(1)测量待测高功率光纤激光***输出激光的功率和中心波长λ1。
(2)确定用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中采用的传能光纤以及其传能光纤其基质材料所对应的拉曼斯托克斯频移量ΔλR。
(3)确定波长可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的中心波长λ2，λ2＝λ1+ΔλR。
(4)测量波长可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的输出功率。
(5)确定传能光纤的纤芯尺寸和长度；并且计算无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率和拉曼光转换效率。
传能光纤纤芯尺寸、长度的确定方法和理想情况下无时域起伏时拉曼放大激光功率和拉曼光转换效率计算的过程如下所述：
前向泵浦拉曼光纤激光放大结构中包含泵浦激光时域特性的拉曼放大过程通过前向耦合振幅方程描述，如下所述：
其中：Ep和Es分别代表泵浦激光和信号激光的光场，νgp和νgs分别代表泵浦激光和信号激光的群速度，β2p和β2s分别代表泵浦激光和信号激光的群速度色散系数，αp和αs分别代表泵浦激光和信号激光的损耗系数，δR为拉曼导致的折射率变化，fR为延迟拉曼响应对非线性计划的小数贡献，gp和gs分别表示泵浦激光和信号激光的拉曼增益系数；γp和γs分别代表泵浦激光和信号激光的克尔系数，表示为：
其中，n2为非线性折射率、Aeff为传能光纤的有效模场面积。Aeff与传能光纤纤芯半径(a)之间的依赖关系表示为：
Aeff＝Γπa2 (3)
其中，Γ为相对比例系数，一般取值在0.8～1之间。
泵浦激光和信号激光的光场Ep和Es与泵浦激光功率和信号激光功率之间满足：
其中：z为沿着传能光纤的长度方向的距离参数，z为[0，L]，当z＝0时表示传能光纤的输入端，z＝L时表示传能光纤的输出端。dσ为沿传能光纤的有效模场面积Aeff的积分，参见公式(3)其与传能光纤纤芯半径(a)直接相关。
设注入的信号激光(即可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光)功率为Ps(0)，注入的泵浦激光(即待测高功率光纤激光***输出的激光)功率为Pp(0)，利用公式(1)-(4)，可计算得到待测高功率光纤激光***在无时域起伏的理想情况下时拉曼放大激光功率沿传能光纤纵向的分布Ps(z)。结合公式(1)～(4)，选择传能光纤的纤芯半径a和光纤长度，能够使得待测高功率光纤激光***输出的泵浦激光和波长可调谐超低噪声光纤激光器输出的信号激光在传能光纤中能够有效的拉曼放大和拉曼转换即可。
设传能光纤的光纤长度为L，则令z＝L，Ps(L)即为经过拉曼放大后中心波长为λ2的激光的输出功率。因此，待测高功率光纤激光***理想情况下无时域起伏时的拉曼转换效率ηs1可表示为：
(6)通过用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，利用功率计测量得到实际情况下中心波长为λ2的拉曼放大激光的输出功率Pse(L)，进而计算得到实际的拉曼光转换效率(ηs2)；ηs2的具体计算公式如下所示：
(7)将步骤(6)中实际测量得到的中心波长为λ2的拉曼放大激光功率Pse(L)与步骤(5)中计算得到的无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率功率Ps(L)做比值运算，设该比值为R1；将步骤(6)中计算得到实际的拉曼光转换效率ηs2与步骤(5)中计算得到的无时域起伏理想情况下的拉曼光转换效率ηs2做比值运算，设比值为R2；用R1或R2直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性。
本发明既可以用R1直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性，也可以用R2直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性。具体而言，比值R1越大，待测高功率光纤激光***的时域稳定性越差；同样的，比值R2越大，待测高功率光纤激光***的时域稳定性越差。
本发明中所述的待测高功率光纤激光***类型不限、输出激光中心波长不限，可以是输出波长覆盖镱离子发射谱波段(1um波段)的掺镱高功率光纤激光***、输出波长覆盖铒离子发射谱波段(1.55um波段)的掺铒高功率光纤激光***、输出波长覆盖铥/钬离子发射谱波段(2um波段)的掺铥/钬高功率光纤激光***，也可以是输出波长覆盖其他特殊掺杂离子发射谱波段的高功率光纤激光***；待测高功率光纤激光***实现方式不限，可以是直接高功率振荡器、高功率超荧光光源、高功率随机光纤激光***或基于主振荡功率放大结构实现的高功率光纤激光***；待测高功率光纤激光***线宽不限，可以是单频、窄线宽或一般宽谱高功率光纤激光***。
本发明中所述的波长可调谐超低噪声光纤激光器一般为单频光纤激光器或对单频光纤激光器施加相位调制产生的窄线宽光纤激光器。单频光纤激光器的实现方式不限，可以是分布式反馈激光器、分布式布拉格反射激光器、非平面环形振荡器、单频环形光纤激光器，也可以是单频半导体激光器经过光纤耦合输出的激光光源。波长可调谐超低噪声光纤激光器波长调谐范围由待测高功率光纤激光***的发射波长确定。若待测高功率光纤激光***输出激光的中心波长为λ1，传能光纤其对应的拉曼斯托克斯频移量为ΔλR，则λ2＝λ1+ΔλR在可调谐超低噪声光纤激光器输出波长范围之内即可。
本发明中所述的波分复用器实现方式不限，可以是光纤耦合的膜片镀膜式波分复用器、熔融拉锥式波分复用器、棱镜色散相关型波分复用器等。波分复用器作用是将待测高功率光纤激光***输出的中心波长为λ1的激光和波长可调谐超低噪声光纤激光器输出的中心波长为λ2的激光合成为一束激光输出。
本发明中所述的传能光纤基质材料构成不限，可以是石英、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等；传能光纤纤芯尺寸、长度不限，具体根据待测高功率光纤激光***的输出功率和波长可调谐超低噪声光纤激光器注入功率的大小依据公式(1)～公式(4)确定。传能光纤纤芯尺寸和长度组合满足有效的非线性拉曼转换即可。
本发明中所述的准直器实现输出激光的准直发射，其可以由一个或多个透镜组合实现；透镜的材料选择多样，可以是熔石英、ZnSe、CaF2等。
本发明中所述的带通滤波器将拉曼放大后中心波长为λ1的激光和残余的波长为λ2的激光从空间上分为两束，其一般由多层镀膜滤光片结构实现。
本发明中所述的功率计用于接收拉曼放大后中心波长为λ1的激光，并对其输出功率进行测量显示。
本发明中所述的废光收集器用于接收经拉曼放大后残余的波长为λ2的激光，其可以是功率计，也可以是锥形废光收集器等。
与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：
1、本发明提供了一种基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置。该装置中待测高功率光纤激光***输出的激光充当泵浦激光，可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光充当信号光种子激光，传能光纤提供拉曼增益，通过前向拉曼放大信号光输出功率和转换效率与泵浦光时域稳定性之间的依赖关系，通过简单测量拉曼放大信号光的输出功率，进而计算得到拉曼放大信号光转换效率，并与无时域起伏理想情况下的拉曼放大信号光输出功率和转换效率作对比，即可评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性。与传统光电检测方法相比，该装置避免了光电探测与处理模块带宽受限的不足，具有响应带宽高、响应速度快等特殊优势，可用于评价纳秒及以下、微秒、毫秒等不同时间尺度的时域稳定特性；
2、本发明提供的一种基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置具备通用性：设待测高功率光纤激光***输出激光的中心波长λ1，若传能光纤基质材料确定(即拉曼增益介质确定、拉曼斯托克斯频移量ΔλR确定)，通过调节可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的中心波长λ2，使其满足λ2＝λ1+ΔλR，该发明装置可实现任意波长高功率光纤激光***时域稳定性的评价；通过合理设计注入信号光种子功率和提供拉曼增益的传能光纤的纤芯包层比、长度和基质类型，该发明装置可用于任意功率水平高功率光纤激光***时域稳定性的评价。
3、本发明提供的一种基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中，待测高功率光纤激光***类型不限、输出激光中心波长不限，可以是输出波长覆盖镱离子发射谱波段(1um波段)的掺镱高功率光纤激光***、输出波长覆盖铒离子发射谱波段(1.55um波段)的掺铒高功率光纤激光***、输出波长覆盖铥/钬离子发射谱波段(2um波段)的掺铥/钬高功率光纤激光***，也可以是输出波长覆盖其他特殊掺杂离子发射谱波段的高功率光纤激光***；待测高功率光纤激光***实现方式不限，可以是直接高功率振荡器、高功率超荧光光源、高功率随机光纤激光***或基于主振荡功率放大结构实现的高功率光纤激光***；待测高功率光纤激光***线宽不限，可以是单频、窄线宽或一般宽谱高功率光纤激光***。
4、本发明提供的一种基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中，波长可调谐超低噪声光纤激光器一般为单频光纤激光器或单频光纤激光器施加相位调制产生的窄线宽光纤激光器。单频光纤激光器的实现方式不限，可以是分布式反馈激光器、分布式布拉格反射激光器、非平面环形振荡器、单频环形光纤激光器，也可以是单频半导体激光器经过光纤耦合输出的激光光源；
5、本发明提供的一种基于纯光学检测方法评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中，波分复用器实现方式不限，可以是光纤耦合的膜片镀膜式波分复用器、熔融拉锥式波分复用器、棱镜色散相关型波分复用器等；传能光纤基质材料构成不限，可以是石英、磷酸盐、硅酸盐、硫化物等；准直器透镜的材料选择多样，可以是熔石英、ZnSe、CaF2等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：待测高功率光纤激光***1、波长可调谐超低噪声光纤激光器2、波分复用器3、传能光纤4、准直器5、带通滤波器6、功率计7、废光收集器8；
图2为待测高功率光纤激光***时域光强在微秒尺度的分布图；
图3为1120nm拉曼放大激光输出功率随泵浦功率的变化图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，包括待测高功率光纤激光***1、波长可调谐超低噪声光纤激光器2、波分复用器3、传能光纤4、准直器5、带通滤波器6、功率计7、废光收集器8。
所述待测高功率光纤激光***1其输出激光中心波长为λ1，所述波长可调谐超低噪声光纤激光器2其输出激光中心波长为λ2，传能光纤4其对应的拉曼斯托克斯频移量为ΔλR，其中波长可调谐超低噪声光纤激光器2其输出激光中心波长λ2＝λ1+ΔλR；
所述待测高功率光纤激光***1和波长可调谐超低噪声光纤激光器2输出的激光通过波分复用器3合成为一束激光输出，合束后的激光束注入到传能光纤4中。待测高功率光纤激光***1输出的激光充当泵浦激光，可调谐超低噪声光纤激光器2输出的激光充当信号激光，传能光纤4提供拉曼增益，这样构成一个前向泵浦的拉曼光纤激光放大结构。
经传能光纤4输出的激光束经准直器5准直输出，从准直器5输出的激光束通过带通滤波器6后分为两束分别为中心波长为λ2的拉曼放大激光和残余的中心波长为λ1的激光，其中中心波长为λ2的拉曼放大激光注入到功率计7，残余的中心波长为λ1的激光注入到废光收集器8。
基于图1所示的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置评价高功率光纤激光***时域稳定性的方法，包括以下步骤：
(1)测量待测高功率光纤激光***输出激光的功率和中心波长λ1。
(2)确定用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中采用的传能光纤以及其传能光纤其基质材料所对应的拉曼斯托克斯频移量ΔλR。
(3)确定波长可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的中心波长λ2，λ2＝λ1+ΔλR。
(4)测量波长可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的输出功率。
(5)确定传能光纤的纤芯尺寸和长度，并且计算无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率和拉曼光转换效率；
前向泵浦的拉曼光纤激光放大结构中包含泵浦激光时域特性的拉曼放大过程通过前向耦合振幅方程描述，如下所述：
其中：Ep和Es分别代表泵浦激光和信号激光的光场，νgp和νgs分别代表泵浦激光和信号激光的群速度，β2p和β2s分别代表泵浦激光和信号激光的群速度色散系数，αp和αs分别代表泵浦激光和信号激光的损耗系数，δR为拉曼导致的折射率变化，fR为延迟拉曼响应对非线性计划的小数贡献(简称“小数拉曼贡献”)，gp和gs分别表示泵浦激光和信号激光的拉曼增益系数；γp和γs分别代表泵浦激光和信号激光的克尔系数(非线性系数)，分别表示为：
其中，n2为非线性折射率、Aeff为传能光纤的有效模场面积；Aeff与传能光纤纤芯半径a之间的依赖关系表示为：
Aeff＝Γπa2 (3)
其中，Γ为相对比例系数，取值范围一般为0.8～1。
泵浦激光和信号激光的光场Ep和Es与泵浦激光功率和信号激光功率之间满足：
其中：dσ为沿传能光纤的有效模场面积Aeff的积分。
设注入信号激光(即可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光)功率为Ps(0)，注入的泵浦激光(即待测高功率光纤激光***输出的激光)功率为Pp(0)，利用公式(1)-(4)，可计算得到待测高功率光纤激光***无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率沿传能光纤纵向(即传能光纤长度方向)的分布Ps(z)。结合公式(1)～(4)，选择传能光纤的纤芯半径a和光纤长度，能够使得待测高功率光纤激光***输出的泵浦激光和波长可调谐超低噪声光纤激光器输出的信号激光在传能光纤中能够有效的拉曼放大和拉曼转换即可。
设传能光纤的光纤长度为L，则令z＝L，Ps(L)即为经过拉曼放大后中心波长为λ2的激光的输出功率；因此，待测高功率光纤激光***理想情况下无时域起伏时的拉曼转换效率ηs1可表示为：
(6)通过用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，利用功率计测量得到实际情况下中心波长为λ2的拉曼放大激光的输出功率Pse(L)，进而计算得到实际的拉曼光转换效率ηs2；ηs2的计算公式如下所示：
(7)将步骤(6)中实际测量得到中心波长为λ2的拉曼放大激光功率Pse(L)与步骤(5)中计算得到的无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率功率Ps(L)做比值运算，设该比值为R1；
将步骤(6)中计算得到实际的拉曼光转换效率ηs2与步骤(5)中计算得到的无时域起伏理想情况下的拉曼光转换效率ηs2做比值运算，设比值为R2。
用R1或者用R2直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性，具体如下：
用R1直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性，比值R1越大，待测高功率光纤激光***的时域稳定性越差；或者用R2直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性，比值R2越大，待测高功率光纤激光***的时域稳定性越差。
下面提供本发明方法的有效性理论分析如下：
设待测高功率光纤激光***光强随时间的变化如下所示：
I(t)＝|f(t)+σ| (7)
其中：f(t)满足标准正态分布，σ为时域噪声强弱的特征参数。
不失一般性，设待测高功率光纤激光***输出激光的中心波长λ1＝1070nm，拉曼增益介质即传能光纤选用纤芯包层比为6/125μm的硅基介质光纤，在1070nm波段其拉曼斯托克斯频移量ΔλR约为50nm，则可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的中心波长设置为λ2＝1120nm。忽略拉曼导致的折射率变化δR，公式(1)中其他参数典型取值如下：νgp＝νgs＝2×108m/s、β2p＝β2s＝20ps2/km、αp＝αs＝0.015dB/m、fR＝0.245、gp＝4.4W-1/km、gs＝4.2W-1/km，忽略波长的影响令γp＝γs＝10W-1/km。
设σ分别为0、1.5、2，由公式(3)计算可得待测高功率光纤激光***时域光强在微秒尺度的分布如图2所示。图2中，横坐标为时间(Time/us)、纵坐标为归一化强度(Normalized intensity/a.u.)。由图2可得，随着时域噪声强弱特征参数σ的增加，待测高功率光纤激光***时域趋于更加稳定。
图3为依据本发明装置,采用时域稳定性不同(如图1所示)、中心波长为1070nm、最大平均输出功率～50W的待测高功率光纤激光***输出激光作为泵浦光，输出功率为40mW、中心波长为1120nm超低噪声光纤激光器作为信号光种子，泵浦80米纤芯包层比为6/125μm传能光纤，结合公式(1)～(4)分析所得的1120nm拉曼放大光输出功率(Output power/W)随泵浦功率(Pump power/W)的变化。由图3可得，泵浦激光时域越稳定，当达到有效拉曼转换阈值后，相同泵浦功率下拉曼光的输出功率越低，即拉曼转换效率越低。相反，随着泵浦激光时域稳定性劣化，相同泵浦功率下拉曼光的输出功率越高，即拉曼转换效率越高。上述现象的物理解释如下：在该发明装置中，拉曼放大的有效增益系数会随着泵浦激光时域不稳定性的增加而不断变强。泵浦激光时域越不稳定，对应的高频部分噪声越强，有效的拉曼增益越高，进而导致拉曼放大光的输出功率越高，拉曼转换效率也越高。进而，通过与无时域起伏理想情况下计算得到的拉曼放大光输出功率和转换效率作对比，即可评价上述不同时域起伏分布待测高功率光纤激光***的时域稳定性。
上述分析结果有效验证了该发明装置用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的可行性。需要说明的是：(i)尽管上述分析过程假定λ1＝1070nm、λ2＝1120nm，一旦待测高功率光纤激光***输出激光的中心波长λ1确定，拉曼增益介质确定(即拉曼斯托克斯频移量ΔλR确定)，通过调节可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的中心波长λ2，使其满足λ2＝λ1+ΔλR，该发明装置可实现任意波长高功率光纤激光***时域稳定性的评价；(ii)尽管上述分析假定待测高功率光纤激光***最大平均输出功率～50W，依据公式(1)～(4)，通过合理设计注入信号光种子功率和提供拉曼增益的传能光纤的纤芯半径、长度和基质类型，使得泵浦光能够实现有效拉曼转换，该方法可用于任意功率水平高功率光纤激光***时域稳定性的评价。
以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：包括待测高功率光纤激光***、波长可调谐超低噪声光纤激光器、波分复用器、传能光纤、准直器、带通滤波器、功率计、废光收集器；
所述待测高功率光纤激光***其输出激光中心波长为λ1，所述波长可调谐超低噪声光纤激光器其输出激光中心波长为λ2，传能光纤其基质材料所对应的拉曼斯托克斯频移量为ΔλR，其中波长可调谐超低噪声光纤激光器其输出激光中心波长λ2＝λ1+ΔλR；
所述待测高功率光纤激光***和波长可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光通过波分复用器合成为一束激光输出，合束后的激光束注入到传能光纤中，经传能光纤输出的激光束经准直器准直输出，从准直器输出的激光束通过带通滤波器后分为两束分别为中心波长为λ2的拉曼放大激光和残余的中心波长为λ1的激光，其中中心波长为λ2的拉曼放大激光注入到功率计，残余的中心波长为λ1的激光注入到废光收集器。
2.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：待测高功率光纤激光***输出的激光充当泵浦激光，可调谐超低噪声光纤激光器输出的激光充当信号激光，传能光纤提供拉曼增益，这样构成一个前向泵浦的拉曼光纤激光放大结构。
3.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：待测高功率光纤激光***是输出波长覆盖镱离子发射谱波段的掺镱高功率光纤激光***、输出波长覆盖铒离子发射谱波段的掺铒高功率光纤激光***、输出波长覆盖铥/钬离子发射谱波段的掺铥/钬高功率光纤激光***，或者是输出波长覆盖其他掺杂离子发射谱波段的高功率光纤激光***；
待测高功率光纤激光***是直接高功率振荡器、高功率超荧光光源、高功率随机光纤激光***或基于主振荡功率放大结构实现的高功率光纤激光***；
待测高功率光纤激光***是单频、窄线宽或宽谱高功率光纤激光***。
4.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：波长可调谐超低噪声光纤激光器为单频光纤激光器或对单频光纤激光器施加相位调制产生的窄线宽光纤激光器，其中单频光纤激光器是分布式反馈激光器、分布式布拉格反射激光器、非平面环形振荡器、单频环形光纤激光器，或者是单频半导体激光器经过光纤耦合输出的激光光源；
波长可调谐超低噪声光纤激光器波长调谐范围由待测高功率光纤激光***的发射波长确定；若待测高功率光纤激光***输出激光的中心波长为λ1，传能光纤其对应的拉曼斯托克斯频移量为ΔλR，则λ2＝λ1+ΔλR在可调谐超低噪声光纤激光器输出波长范围之内即可。
5.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：波分复用器是光纤耦合的膜片镀膜式波分复用器、熔融拉锥式波分复用器或棱镜色散相关型波分复用器。
6.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：传能光纤其基质材料是石英、磷酸盐、硅酸盐或硫化物。
7.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：准直器由一个或多个透镜组合而成，其中透镜的材料是熔石英、ZnSe或CaF2。
8.根据权利要求1所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，其特征在于：带通滤波器由多层镀膜滤光片结构实现。
9.基于上述任一权利要求所述的用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置评价高功率光纤激光***时域稳定性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)测量待测高功率光纤激光***输出激光的功率和中心波长λ1；
(2)确定用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置中采用的传能光纤以及其传能光纤其基质材料所对应的拉曼斯托克斯频移量ΔλR；
(3)确定波长可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的中心波长λ2，λ2＝λ1+ΔλR；
(4)测量波长可调谐超低噪声光纤激光器输出激光的输出功率；
(5)确定传能光纤的纤芯尺寸和长度，并且计算无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率和拉曼光转换效率；
前向泵浦的拉曼光纤激光放大结构中包含泵浦激光时域特性的拉曼放大过程通过前向耦合振幅方程描述，如下所述：
其中：Ep和Es分别代表泵浦激光和信号激光的光场，νgp和νgs分别代表泵浦激光和信号激光的群速度，β2p和β2s分别代表泵浦激光和信号激光的群速度色散系数，αp和αs分别代表泵浦激光和信号激光的损耗系数，δR为拉曼导致的折射率变化，fR为延迟拉曼响应对非线性计划的小数贡献，gp和gs分别表示泵浦激光和信号激光的拉曼增益系数；γp和γs分别代表泵浦激光和信号激光的克尔系数，分别表示为：
其中，n2为非线性折射率、Aeff为传能光纤的有效模场面积；Aeff与传能光纤纤芯半径a之间的依赖关系表示为：
Aeff＝Γπa2 (3)
其中，Γ为相对比例系数；
泵浦激光和信号激光的光场Ep和Es与泵浦激光功率和信号激光功率之间满足：
其中：z为沿着传能光纤的长度方向的距离参数，z为[0，L]，当z＝0时表示传能光纤的输入端，z＝L时表示传能光纤的输出端；dσ为沿传能光纤的有效模场面积Aeff的积分；
设注入信号激光功率为Ps(0)，注入的泵浦激光功率为Pp(0)，利用公式(1)-(4)，可计算得到待测高功率光纤激光***无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率沿传能光纤长度方向的分布Ps(z)；结合公式(1)～(4)，选择传能光纤的纤芯半径a和光纤长度，能够使得待测高功率光纤激光***输出的泵浦激光和波长可调谐超低噪声光纤激光器输出的信号激光在传能光纤中能够有效的拉曼放大和拉曼转换即可；
设传能光纤的光纤长度为L，则令z＝L，Ps(L)即为经过拉曼放大后中心波长为λ2的激光的输出功率；因此，待测高功率光纤激光***理想情况下无时域起伏时的拉曼转换效率ηs1表示为：
(6)通过用于评价高功率光纤激光***时域稳定性的装置，利用功率计测量得到实际情况下中心波长为λ2的拉曼放大激光的输出功率Pse(L)，进而计算得到实际的拉曼光转换效率ηs2；ηs2的计算公式如下所示：
(7)将步骤(6)中实际测量得到中心波长为λ2的拉曼放大激光功率Pse(L)与步骤(5)中计算得到的无时域起伏理想情况下拉曼放大激光功率功率Ps(L)做比值运算，设该比值为R1；
将步骤(6)中计算得到实际的拉曼光转换效率ηs2与步骤(5)中计算得到的无时域起伏理想情况下的拉曼光转换效率ηs2做比值运算，设比值为R2；
用R1直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性，比值R1越大，待测高功率光纤激光***的时域稳定性越差；或者用R2直接评价待测高功率光纤激光***的时域稳定性，比值R2越大，待测高功率光纤激光***的时域稳定性越差。
10.根据权利要求9所述的评价高功率光纤激光***时域稳定性的方法，其特征在于：公式(3)中Γ取值范围为0.8～1。
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