[发明专利]波长可调谐的随机光纤激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种在光纤中的分布式瑞利散射经拉曼放大后形成激光的系统。特别地涉及通过产生可控的分布式拉曼增益而产生可调谐的随机光纤激光。与传统的光纤激光器相比，该系统没有激光谐振腔，属于新型激光器件领域。 

背景技术

在文献中Sergei K.Turitsyn，Sergey A.Babin，Atalla E.El-Taher，Paul Harper，Dmitriy V.Churkin，Sergey I.Kablukov，Juan Diego Ania-Castanon，Vassilis Karalekas and Evgenii V.Podivilov.Random distributed feedback fibre laser.Nature Photon.2010，4，231-235中介绍一种随机光纤激光器系统。在该系统中两束等功率的1455nm的泵浦光从从光纤的中点处沿相反方向耦合进光纤(光纤的总长度是83km。在光纤中传输的光子由于折射率不均匀发生相干散射，形成了分布式的瑞利散射(RS，其中少数瑞利后向散射的光子沿着光纤传输。泵浦光沿着光纤提供了分布式拉曼增益。当总增益大于总损耗时瑞利后向散射的光被放大，形成随机激光从光纤的两端射出，出射激光的波长是1550nm。 

此技术的问题和不足是： 

1.波长问题。由于系统采用的波长为1455nm的泵浦源，所以瑞利后向散射光经过一级拉曼放大后产生的随机激光波长为固定的1550nm。 

2.激光器的斜率效率问题。该系统中拉曼泵浦光经拉曼放大后剩余的光虽然有部分利用，但不是全部利用，不利于提高激光器的量子效率。 

3.拉曼增益谱的形状固定不变问题。上述系统中拉曼增益谱形状是固定的，一方面使得激光器的阈值较高，达到了1.6W，所以必须想办法降低阈值。另一方面也不利于进一步研究这种新型的随机激光的动力学特性。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述随机激光器的不足，提出了基于对级联的分布式拉曼放大的增益和增益谱形状进行控制以实现波长可调谐的随机光纤激光器的方法。采用高功率波长可调谐激光器作为泵浦源，低能量波长可 调谐激光器作为种子源，一方面可以在通信窗口内获得波长可连续调谐的随机激光，另一方面可以动态的控制拉曼增益的幅度和拉曼增益谱的形状等，对深入研究随机激光的动力学特性具有更好的灵活性和可操作性。同时，可以降低随机激光的阈值和提高激光的输出功率。还通过附加反射器，对拉曼泵浦光和一级种子光的剩余能量重复利用，提高了随机激光器的斜率效率。 

本发明的基本思想如下： 

本发明提供了一种以光纤作为增益介质的随机光纤激光器系统。采用级联的分布式拉曼放大方案，由高功率波长可调谐激光器作为第一泵浦源通过级联多级低能量的波长可调谐的种子源激光器，产生分布式拉曼放大光，光纤中产生的分布式瑞利后向散射光，经过多级拉曼放大后产生随机激光。第一种子源激光器的频率比第一泵浦源激光器的频率下移一个拉曼频移，例如13THz(设为光纤中的拉曼频移，一般与光纤种类有关，对于不同的光纤拉曼频移会有变化，第二种子源激光器的频率比第一种子源的激光频率下移13THz，以此类推，最终输出的随机激光的频率是最后一级种子源激光的频率下移13THz以后的结果。这种泵浦方法中可以通过控制泵浦光和种子光的波长，达到动态控制随机激光的波长的目的。还可以通过附加种子源，控制拉曼增益的大小和拉曼增益谱的形状，增加了系统的灵活性。还可以通过反馈拉曼作用后剩余的泵浦能量或种子光能量，提高输出随机激光的斜率效率。 

泵浦源的波长短于最终期望得到的随机激光的波长，第一泵浦源通过和一系列低能量、低成本的种子源级联作用后，发生一系列拉曼变换，最终在光纤中的分布式瑞利后向散射光经过连续拉曼频移的高能量泵浦光的拉曼放大作用，形成随机激光，从耦合器中输出。 

在进一步的实验方案中，提供了一种系统，这种系统通过在作为激光增益介质的光纤的末端加上反射器，将第一次受激拉曼放大作用后第一泵浦光或第一种子光剩余的能量反馈回光纤中，经过再次的拉曼放大作用，在光纤中产生的分布式瑞利后向散射光经过拉曼放大后产生的随机激光和之前产生的随机激光一起从耦合器中输出。这种方法提高了输出随机激光的斜率效率，使其高于30％，提高了能量利用率。