[發明專利]實現多波長輸出的反斯托克斯拉曼光纖激光器

有效

• 申請號: 201310035456.7
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103151682A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 李熒;侯靜;冷進勇;王文亮;姜宗福
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/30
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明屬于拉曼光纖激光器領域，特別涉及一種能夠產生比泵浦波長更短激光的多波長反斯托克斯拉曼光纖激光器。

背景技術

由于激光器的發光機理不同于普通光源，故其輸出的激光具有一些很突出的優異特性，即很好的方向性、高亮度以及良好的單色性和相干性。它的這些特點，在現代科學技術各個方面發揮了獨特的作用，已經遍及工業、軍事、通信、醫學和科學研究等領域。為滿足不同的需求，陸續發明了多種不同類型的激光器，包括氣體激光器（如氦氖激光器，CO₂激光器等）、固體激光器（如釔鋁石榴石激光器）、半導體激光器（如GaAs）等。這些激光器的輸出波長都是由工作物質固有的亞穩態能級和基態能級之間關系決定的，因此，一種激光器只能產生某一種特定波長或者僅在一定的范圍內可調諧。例如氦氖激光器輸出波長為633nm，紅寶石激光器產生694nm波長的激光，釹-釔鋁石榴石激光器產生的激光波長為1064nm，而羅丹明6G激光器的輸出波長調諧范圍為570nm-650nm，摻Yb³⁺離子的光纖激光器輸出波長可在1010nm-1160nm調諧。

隨著社會的不斷進步，人們對信息傳輸的需求以指數的速度增長。尤其近幾年來，計算機通訊及數據傳輸的迅猛發展，特別需要上百納米的通訊寬帶來支持。而目前的商用摻鉺光纖放大器的有效帶寬為35nm，遠滿足不了實際需要的帶寬。光纖中的受激拉曼散射在室溫下具有非均勻展寬增益特性，其來源于傳輸光纖本身的非線性效應，當一定功率的光在光纖中傳輸時，受激拉曼散射使產生的斯托克斯光隨光纖長度不斷放大，即形成拉曼增益。通常石英光纖的拉曼增益帶寬達40THz。通過多級拉曼可以實現上百納米帶寬的放大。

從產生機理上看，現有的拉曼光纖激光器有以下兩種：

1、只借助受激拉曼散射非線性效應的拉曼光纖激光器：如申請號為200910059735.0的中國專利“中紅外級聯拉曼光纖激光器”（稱為背景技術1）中所述，泵浦源在一段ZBLAN光纖中發生受激拉曼散射效應，產生一級或多級斯托克斯光，在光纖光柵的幫助下形成穩定的諧振，并實現激光的穩定輸出；申請號為02279914.1的中國專利“用于1310納米波段的二級串聯光纖拉曼激光器”（稱為背景技術2）用泵浦光源，光纖回路鏡組合，光纖耦合器，作為拉曼增益介質的小芯徑摻鍺單模光纖構成的拉曼激光器，通過對第二級斯托克斯光的放大，輸出了相對于泵浦波長頻移+115nm~+125nm的激光，在泵浦光源的輸出波長不變的情況下，拉曼光纖激光器不能實現輸出波長的可調節。

2、借助受激拉曼散射和四波混頻兩種非線性效應的拉曼光纖激光器：申請號為200410009943.7的中國專利“寬帶包絡平坦的全光纖多波長拉曼激光器”（稱為背景技術3）中利用三個波長泵浦由高非線性拉曼增益光纖、寬帶波分復用耦合器、零色散高非線性光纖、光纖F-P梳狀濾波器、光隔離器和寬帶光纖耦合器連接形成的光纖環形腔，借助受激拉曼散射和四波混頻非線性效應，在39.1nm的帶寬范圍內實現了50個激射波長的輸出，波長間隔為0.8nm，波長調節范圍~40nm。

以上拉曼光纖激光器雖然在一定范圍內擴大了現有激光器產生的波長范圍，但還存在兩方面的缺點：

1)現有拉曼光纖激光器產生的波長都是利用受激拉曼散射產生的斯托克斯光來實現的，即得到的光波長都大于泵浦光源的波長，目前還沒有出現能夠實現比泵浦波長更短激光輸出的拉曼光纖激光器。

2)在泵浦光波長確定的情況下，背景技術1及背景技術2中設計的拉曼光纖激光器產生的波長都不可調；背景技術3中的拉曼光纖激光器雖然可以實現輸出波長的可調諧，但調諧的波長都位于一階斯托克斯光附近，輸出帶寬只有幾十納米。

綜上所述，迄今已有的激光器不能同時做到既使得輸出波長小于泵浦波長的要求，又使得輸出波長可調、寬帶。

發明內容

本發明針對已有拉曼光纖激光器的不足之處，提出一種能夠實現多種波長輸出的反斯托克斯拉曼光纖激光器，能夠同時滿足輸出波長可調、調節范圍大、輸出波長小于泵浦波長的條件。

本發明的技術方案是：本發明由脈沖光源、連續光源、波分復用器WDM（Wavelength?Division?Multiplexer）、光纖、高反光柵、低反光柵、濾波器組成。其中脈沖光源和連續光源與波分復用器的兩個輸入臂通過單模光纖相連，波分復用器的輸出臂通過單模光纖與高反光柵相連，高反光柵與光纖連接，光纖另一端通過單模光纖與低反光柵相連，低反光柵輸出端通過單模光纖與濾波器相連。