[发明专利]超短脉冲拉曼光纤放大器

说明书

本发明涉及一种超短脉冲拉曼光纤放大器，由脉冲激光泵浦源、连续光信号源、泵浦/信号激光合束装置、拉曼增益光纤、泵浦/信号分束装置依次通过光纤熔接机接成一体。本发明采用超短脉冲激光作为泵浦源，在拉曼光纤放大器中放大连续波信号激光。由于受激拉曼散射的快速响应过程，可以将连续波信号激光放大成超短脉冲激光。具有拉曼增益高、相干性好、激光脉冲能量大、脉冲宽度窄、结构简单等优点，具有很大的实用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及一种超短脉冲拉曼光纤放大器，具有相干性好、激光脉冲能量大、脉冲宽度窄、结构简单的优势，是一种能产生特殊波长的超短脉冲激光的全光纤放大器。

背景技术

超短脉冲激光器在基础研究、生物医疗、工业加工、光通讯等领域都有巨大的应用前景。同时，光纤激光器有结构紧凑、光路免调节、光束质量高、以及效率高等优势。把超快光纤激光拓展至离子跃迁不能覆盖的波段，是医疗、科研等领域众多应用的实际需求。光纤中的受激拉曼散射效应(SRS)提供了一种潜在的获得全波段超快激光器的手段。它不依赖于介质的电子能级，在光纤中增益谱很宽，而且可以级联发生。所以，只要选择合适波长的泵浦激光器，拉曼光纤激光可以在光纤的整个透明波段范围内产生和放大。(参见Y.Feng,ed.,Raman Fiber Lasers,Springer Series in Optical Sciences(SpringerInternational Publishing,2017),Vol.207.)

目前研究较多的是超快锁模拉曼光纤振荡器，各类锁模机制的表现已被广泛研究。但是，纵观现有的报导，锁模拉曼光纤激光器在输出稳定性、脉冲能量等性能上尚不如常规稀土离子掺杂锁模光纤激光器。而且基于SESAM、碳纳米管和石墨烯等可饱和吸收体的锁模拉曼光纤激光器，普遍存在着输出脉冲序列稳定性较差的问题。这与拉曼增益是一种响应速度极快的非线性过程有关，快于常见的真实可饱和吸体的恢复时间。而基于等效可饱和吸收体(非线性环形镜、非线性偏振旋转)的锁模拉曼光纤激光器，由于其饱和过程同样基于光纤非线性效应，与拉曼增益有着类似的响应速度，从而能够实现较好性能的超快拉曼激光输出。

脉冲激光同步泵浦可以实现高的单位长度拉曼增益，因此可能是获得高性能超快拉曼光纤激光输出的更优手段(参见D.Churin,J.Olson,R.A.Norwood,N.Peyghambarian,and K.Kieu,High-power synchronously pumped femtosecond Raman fiber laser,Opt.Lett.40,2529–2532(2015).)。但是脉冲激光同步泵浦技术需要脉冲重复频率与拉曼谐振腔长期的锁定，而且任何细微的偏离将转化为激光输出噪声。虽然可以获得高能量、高效率的超快拉曼激光输出，但是若要获得低噪声输出，系统复杂度高、实用性不足。

发明内容

本发明利用超短脉冲激光泵浦连续波信号光，提供一种新的获得新波长超短脉冲光纤激光的拉曼光纤放大器。该放大器既能保有脉冲泵浦拉曼增益高的优势，又没有泵浦脉冲与拉曼光同步的技术难题。由于有高相干性的连续激光作为信号光，预期其输出也具有很好的相干性。

本发明的解决方案如下：

一种超短脉冲拉曼光纤放大器，包括脉冲激光泵浦源、连续光信号源、泵浦/信号激光合束装置、拉曼增益光纤，其特点在于：所述的脉冲激光泵浦源发出的泵浦光与连续光信号源发出的信号光经过泵浦/信号合束装置合束后，进入拉曼增益光纤，泵浦光在拉曼增益光纤中通过受激拉曼散射效应将能量传递并放大连续光信号，获得新波长的皮秒超短脉冲输出。

还包括泵浦/信号激光分束装置，新波长的皮秒超短脉冲通过该泵浦/信号激光分束装置与剩余泵浦光分开并输出；

所述的脉冲激光泵浦源是锁模激光器，产生超短脉冲的激光器腔结构可以是可饱和吸收体或等效可饱和吸收体；

所述的脉冲激光泵浦源包含个或多个波长的激光，且每个所述的脉冲激光泵浦源的输出激光的脉冲宽度100ps；