[发明专利]实现多波长输出的反斯托克斯拉曼光纤激光器

说明书

技术领域

本发明属于拉曼光纤激光器领域，特别涉及一种能够产生比泵浦波长更短激光的多波长反斯托克斯拉曼光纤激光器。

背景技术

由于激光器的发光机理不同于普通光源，故其输出的激光具有一些很突出的优异特性，即很好的方向性、高亮度以及良好的单色性和相干性。它的这些特点，在现代科学技术各个方面发挥了独特的作用，已经遍及工业、军事、通信、医学和科学研究等领域。为满足不同的需求，陆续发明了多种不同类型的激光器，包括气体激光器（如氦氖激光器，CO₂激光器等）、固体激光器（如钇铝石榴石激光器）、半导体激光器（如GaAs）等。这些激光器的输出波长都是由工作物质固有的亚稳态能级和基态能级之间关系决定的，因此，一种激光器只能产生某一种特定波长或者仅在一定的范围内可调谐。例如氦氖激光器输出波长为633nm，红宝石激光器产生694nm波长的激光，钕-钇铝石榴石激光器产生的激光波长为1064nm，而罗丹明6G激光器的输出波长调谐范围为570nm-650nm，掺Yb³⁺离子的光纤激光器输出波长可在1010nm-1160nm调谐。

随着社会的不断进步，人们对信息传输的需求以指数的速度增长。尤其近几年来，计算机通讯及数据传输的迅猛发展，特别需要上百纳米的通讯宽带来支持。而目前的商用掺铒光纤放大器的有效带宽为35nm，远满足不了实际需要的带宽。光纤中的受激拉曼散射在室温下具有非均匀展宽增益特性，其来源于传输光纤本身的非线性效应，当一定功率的光在光纤中传输时，受激拉曼散射使产生的斯托克斯光随光纤长度不断放大，即形成拉曼增益。通常石英光纤的拉曼增益带宽达40THz。通过多级拉曼可以实现上百纳米带宽的放大。

从产生机理上看，现有的拉曼光纤激光器有以下两种：

1、只借助受激拉曼散射非线性效应的拉曼光纤激光器：如申请号为200910059735.0的中国专利“中红外级联拉曼光纤激光器”（称为背景技术1）中所述，泵浦源在一段ZBLAN光纤中发生受激拉曼散射效应，产生一级或多级斯托克斯光，在光纤光栅的帮助下形成稳定的谐振，并实现激光的稳定输出；申请号为02279914.1的中国专利“用于1310纳米波段的二级串联光纤拉曼激光器”（称为背景技术2）用泵浦光源，光纤回路镜组合，光纤耦合器，作为拉曼增益介质的小芯径掺锗单模光纤构成的拉曼激光器，通过对第二级斯托克斯光的放大，输出了相对于泵浦波长频移+115nm~+125nm的激光，在泵浦光源的输出波长不变的情况下，拉曼光纤激光器不能实现输出波长的可调节。

2、借助受激拉曼散射和四波混频两种非线性效应的拉曼光纤激光器：申请号为200410009943.7的中国专利“宽带包络平坦的全光纤多波长拉曼激光器”（称为背景技术3）中利用三个波长泵浦由高非线性拉曼增益光纤、宽带波分复用耦合器、零色散高非线性光纤、光纤F-P梳状滤波器、光隔离器和宽带光纤耦合器连接形成的光纤环形腔，借助受激拉曼散射和四波混频非线性效应，在39.1nm的带宽范围内实现了50个激射波长的输出，波长间隔为0.8nm，波长调节范围~40nm。

以上拉曼光纤激光器虽然在一定范围内扩大了现有激光器产生的波长范围，但还存在两方面的缺点：

1)现有拉曼光纤激光器产生的波长都是利用受激拉曼散射产生的斯托克斯光来实现的，即得到的光波长都大于泵浦光源的波长，目前还没有出现能够实现比泵浦波长更短激光输出的拉曼光纤激光器。

2)在泵浦光波长确定的情况下，背景技术1及背景技术2中设计的拉曼光纤激光器产生的波长都不可调；背景技术3中的拉曼光纤激光器虽然可以实现输出波长的可调谐，但调谐的波长都位于一阶斯托克斯光附近，输出带宽只有几十纳米。

综上所述，迄今已有的激光器不能同时做到既使得输出波长小于泵浦波长的要求，又使得输出波长可调、宽带。

发明内容

本发明针对已有拉曼光纤激光器的不足之处，提出一种能够实现多种波长输出的反斯托克斯拉曼光纤激光器，能够同时满足输出波长可调、调节范围大、输出波长小于泵浦波长的条件。

本发明的技术方案是：本发明由脉冲光源、连续光源、波分复用器WDM（Wavelength Division Multiplexer）、光纤、高反光栅、低反光栅、滤波器组成。其中脉冲光源和连续光源与波分复用器的两个输入臂通过单模光纤相连，波分复用器的输出臂通过单模光纤与高反光栅相连，高反光栅与光纤连接，光纤另一端通过单模光纤与低反光栅相连，低反光栅输出端通过单模光纤与滤波器相连。