本發(fā)明涉及光纖激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種緊湊型可調(diào)諧窄線寬光纖激光光源。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、光纖激光器自問世以來，因其高效率、緊湊性和良好的光束質(zhì)量，廣泛用于通信、傳感和醫(yī)療等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的光纖激光器包括布里淵光纖激光器(bfl)和布里淵摻鉺光纖激光器(befl)，它們?cè)趯?shí)現(xiàn)超窄線寬激光輸出方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。布里淵摻鉺光纖激光器是為了克服布里淵光纖激光器需要苛刻泵浦耦合諧振條件和高泵浦光閾值而出現(xiàn)的，這種激光器結(jié)合了摻鉺光纖的線性增益和單模光纖的布里淵增益，具有超窄線寬、低閾值和高功率的優(yōu)勢(shì)。但由于單模光纖的布里淵增益系數(shù)較小，布里淵摻鉺光纖激光器需要較長(zhǎng)的單模光纖以保證足夠的布里淵增益，長(zhǎng)單模光纖導(dǎo)致布里淵增益譜遠(yuǎn)大于腔的自由光譜程，增益譜內(nèi)存在較多的縱模模式，雖然布里淵增益的均勻展寬特性可以保證激光器主要運(yùn)轉(zhuǎn)于單縱模狀態(tài)，但是不可避免地受到環(huán)境擾動(dòng)而跳模。

2、基于一段數(shù)米的普通摻鉺光纖的緊湊型布里淵摻鉺光纖激光器突破了傳統(tǒng)布里淵摻鉺光纖激光器難以同時(shí)具有超短腔與低閾值的限制，緊湊型布里淵摻鉺光纖激光器的超窄線寬輸出均是在較大的布里淵泵浦線寬條件下實(shí)現(xiàn)的，具有強(qiáng)烈的線寬壓縮特性，它能夠?qū)⑾喔尚阅茌^低的布里淵泵浦光轉(zhuǎn)化為高相干的布里淵stokes激光。緊湊型布里淵摻鉺光纖激光器克服了布里淵激光器的苛刻的泵浦耦合諧振條件，又保留了傳統(tǒng)布里淵摻鉺光纖激光器的低閾值和較高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，不需要額外的激光穩(wěn)頻技術(shù)或?qū)ｉT的控溫隔振條件，緊湊型布里淵摻鉺光纖激光器即可實(shí)現(xiàn)超窄線寬、超低相位噪聲的高相干激光輸出。其調(diào)諧穩(wěn)定性優(yōu)于目前的超窄線寬半導(dǎo)體激光器，其穩(wěn)定的中心頻率優(yōu)于基于飽和吸收體的超窄線寬摻鉺光纖激光器。這些優(yōu)異的激光特性使其在諸多相干光學(xué)領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

3、隨機(jī)光纖激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高穩(wěn)定性、超窄線寬、任意工作波長(zhǎng)、抗振動(dòng)和應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。它通過分布式隨機(jī)反饋實(shí)現(xiàn)激光振蕩，無需傳統(tǒng)的固定諧振腔結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和制造過程，并且不需要精密的諧振腔鏡面，整體成本較低。其良好的相位噪聲特性和穩(wěn)定性使其適用于長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。利用布里淵散射效應(yīng)，隨機(jī)光纖激光器能夠?qū)崿F(xiàn)超窄線寬激光輸出，適用于高精度測(cè)量和通信。瑞利散射等分布式反饋機(jī)制使其具備任意工作波長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，適用于超寬帶的波長(zhǎng)調(diào)諧。此外，由于沒有固定的腔鏡結(jié)構(gòu)，對(duì)外界振動(dòng)不敏感，適用于惡劣環(huán)境。這些特點(diǎn)使得隨機(jī)光纖激光器在光纖通信、光纖傳感和生物醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

4、本發(fā)明結(jié)合摻鉺光纖和隨機(jī)光纖光柵實(shí)現(xiàn)了混合增益機(jī)制和緊湊結(jié)構(gòu)的布里淵摻鉺隨機(jī)光纖激光器的激光輸出，在實(shí)現(xiàn)單縱模激光輸出和窄線寬的同時(shí)具有可調(diào)諧的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要是針對(duì)激光器結(jié)構(gòu)的緊湊性與隨機(jī)分布式反饋的強(qiáng)度不兼容等不足之處，提供了一種緊湊型可調(diào)諧窄線寬光纖激光光源。將摻鉺光纖作為非線性布里淵增益與線性增益的介質(zhì)，大大減小了腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了混合增益機(jī)制和緊湊的激光器結(jié)構(gòu)。用一個(gè)隨機(jī)光纖光柵來提供隨機(jī)分布式反饋，代替在傳統(tǒng)長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳輸累積的瑞利散射提供的分布式反饋，使激光器同時(shí)具備結(jié)構(gòu)緊湊和低閾值的特性。該光源不僅能實(shí)現(xiàn)激光的穩(wěn)定輸出，同時(shí)兼具了超窄增益帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、抗環(huán)境干擾等特點(diǎn)，在光纖傳感及光通信傳輸方面具有良好的應(yīng)用前景。

2、為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造的目的，本發(fā)明采用了如下發(fā)明構(gòu)思：

3、本發(fā)明的基本思想是通過利用布里淵散射效應(yīng)和分布式隨機(jī)反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了超窄線寬、可調(diào)諧的激光輸出。布里淵散射是一種光纖中的非線性效應(yīng)，通過受激布里淵散射(sbs)可以產(chǎn)生超窄線寬的激光。該光源利用布里淵散射效應(yīng)作為激光增益機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)hz量級(jí)的超窄線寬激光輸出。傳統(tǒng)的光纖激光器依賴固定的鏡面反饋式光學(xué)諧振腔進(jìn)行模式選擇，而這種光源采用分布式隨機(jī)反饋機(jī)制，通過光纖中的瑞利散射等分布式反饋實(shí)現(xiàn)激光振蕩。這種設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，還顯著降低了成本。該光源具備可調(diào)諧能力，能夠在超寬帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧和掃頻，利用瑞利散射等分布式反饋機(jī)制，該光源可以在任意工作波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的激光輸出，適用于需要頻繁調(diào)整波長(zhǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景。由于沒有固定的腔鏡結(jié)構(gòu)，該光源對(duì)外界振動(dòng)不敏感，適用于惡劣環(huán)境。此外，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，該光源的中心頻率具有良好的穩(wěn)定性，適用于長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。其基本結(jié)構(gòu)，包括布里淵泵浦和布里淵半開放環(huán)形隨機(jī)光纖腔。

4、所述布里淵泵浦為可調(diào)諧激光器，用于提供布里淵泵浦光，其輸出光功率可調(diào)；

5、所述布里淵半開放環(huán)形隨機(jī)光纖腔內(nèi)包含混合增益介質(zhì)、隨機(jī)光纖光柵、可調(diào)諧濾波器，所述混合增益介質(zhì)同時(shí)作為布里淵增益和線性增益的介質(zhì)；

6、光源工作過程為：布里淵泵浦光注入混合增益介質(zhì)，在達(dá)到受激布里淵散射閾值后產(chǎn)生反向傳輸?shù)膕tokes光，與布里淵泵浦光自動(dòng)分離；反向傳輸?shù)膕tokes光在環(huán)形隨機(jī)光纖腔內(nèi)形成單向循環(huán)路徑：stokes光經(jīng)可調(diào)諧濾波器選擇中心波長(zhǎng)后由隨機(jī)光纖光柵以分布式反饋的形式反射，再返回混合增益介質(zhì)形成一個(gè)循環(huán)；

7、stokes光在環(huán)形隨機(jī)光纖腔內(nèi)不斷受到布里淵增益和線性增益的放大，當(dāng)增益超過腔損后，stokes光透過隨機(jī)光纖光柵的端口實(shí)現(xiàn)輸出。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述混合增益介質(zhì)采用摻鉺光纖。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選，還包括980nm泵浦和波分復(fù)用器，所述980nm泵浦發(fā)射的泵浦光通過波分復(fù)用器耦合至摻鉺光纖，用于提供線性增益放大stokes光。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述單向循環(huán)路徑基于第一光環(huán)形器和第二光環(huán)形器實(shí)現(xiàn)；所述第一光環(huán)形器第一端口用于接收布里淵泵浦光，第一光環(huán)形器第三端口通過可調(diào)諧濾波器連接第二環(huán)形器第一端口，第一光環(huán)形器第二端口連接波分復(fù)用器第一端口，波分復(fù)用器第二端口用于接收980nm泵浦發(fā)射的泵浦光，波分復(fù)用器第三端口通過摻鉺光纖連接第二環(huán)形器第三端口，第二環(huán)形器第二端口連接隨機(jī)光纖光柵；每個(gè)環(huán)形器中，輸入光只能從第一端口傳輸至第二端口，以及從第二端口傳輸至第三端口。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選，可調(diào)諧激光器與第一光環(huán)形器第一端口之間還設(shè)有偏振控制器。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述隨機(jī)光纖光柵通過飛秒激光器在一段標(biāo)準(zhǔn)單模光纖纖芯內(nèi)逐平面刻劃5000-10000個(gè)折射率調(diào)制點(diǎn)制成。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述可調(diào)諧濾波器的中心波長(zhǎng)與布里淵泵浦光的波長(zhǎng)匹配，通過調(diào)整布里淵泵浦光的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)激光輸出調(diào)諧，調(diào)諧范圍覆蓋光纖材料的布里淵頻移量。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選，隨機(jī)光纖光柵的輸出端還設(shè)有光隔離器。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選，最終輸出的stokes光的線寬壓縮至hz量級(jí)，輸出的stokes光譜滿足泵浦光頻率下移的光纖材料的布里淵頻移量。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：

17、(1)本發(fā)明將摻鉺光纖作為非線性布里淵增益和線性增益的介質(zhì)，這種混合增益機(jī)制可以使激光器兼具超短腔和低閾值的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)超窄線寬壓縮的效果，且通過調(diào)整布里淵泵浦的波長(zhǎng)和匹配相應(yīng)的濾波器中心波長(zhǎng)可以使激光器在任何波長(zhǎng)下工作，輸出的stokes光譜滿足泵浦光頻率下移的光纖材料的布里淵頻移量，輸出的stokes可調(diào)諧窄線寬激光具備優(yōu)良的相干性能。

18、(2)本發(fā)明采用隨機(jī)光纖光柵提供隨機(jī)分布式反饋，可以消除固定腔的縱模，實(shí)現(xiàn)單縱模激光輸出。由于布里淵增益系數(shù)和瑞利后向散射系數(shù)很小，利用本征瑞利散射作為隨機(jī)分布式反饋的前提是長(zhǎng)增益光纖積累足夠的增益和反饋強(qiáng)度，導(dǎo)致激光器結(jié)構(gòu)笨重。用隨機(jī)光纖光柵代替本征瑞利散射來提供隨機(jī)分布式反饋，可以大大縮短腔長(zhǎng)，使得激光器結(jié)構(gòu)緊湊。利用隨機(jī)分布式反饋可以工作在任意波長(zhǎng)的特性，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的可調(diào)諧激光輸出。

19、(3)本發(fā)明采用的是光纖搭建的半開放環(huán)形隨機(jī)腔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)充分利用stokes光反向傳輸?shù)奶匦裕ㄟ^調(diào)整泵浦光波長(zhǎng)和匹配濾波器的中心波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)大掃頻范圍，激發(fā)產(chǎn)生反向傳輸?shù)母呦喔尚詓tokes隨機(jī)激光，無需額外的窄帶濾波器進(jìn)行殘余泵浦光濾波操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低廉。