[發(fā)明專利]一種隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910550601.2
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110176712A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬鵬飛;來文昌;劉偉;宋家鑫;王濤;姜曼;許將明;粟榮濤;吳堅(jiān);馬閻星;周樸
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/067
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明提供了一種隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生方法及系統(tǒng)，包括激勵(lì)光產(chǎn)生子系統(tǒng)以及隨機(jī)光纖激光器諧振腔；激勵(lì)光產(chǎn)生子系統(tǒng)產(chǎn)生兩路時(shí)域穩(wěn)定的激勵(lì)光；兩路時(shí)域穩(wěn)定的激勵(lì)光分別從前向和后向注入到隨機(jī)光纖激光器諧振腔中，隨機(jī)光纖激光器諧振腔在激勵(lì)光的抽運(yùn)下，依賴于分布式拉曼增益和隨機(jī)瑞利散射反饋實(shí)現(xiàn)隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生。本發(fā)明采用時(shí)域穩(wěn)定激勵(lì)源泵浦隨機(jī)拉曼光纖激光器，抑制高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光和輸出激光噪聲，實(shí)現(xiàn)大功率、低噪聲隨機(jī)光纖激光輸出，為多點(diǎn)探測、光纖傳感、光學(xué)成像等領(lǐng)域光纖光源設(shè)計(jì)提供新思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于強(qiáng)激光和非線性光纖光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率、低噪聲隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光器源于原子體系受激輻射過程產(chǎn)生大量同態(tài)、超高簡并度光子態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)方向性好、單色性高的高相干性、高亮度激光輸出的系統(tǒng)。一般而言，激勵(lì)源、激光工作物質(zhì)、諧振腔是構(gòu)成激光器的三大要素。其中：激勵(lì)源作為抽運(yùn)光抽運(yùn)激光工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，諧振腔實(shí)現(xiàn)自激振蕩和增益大于損耗條件，實(shí)現(xiàn)激光起振。針對光纖激光器而言，半導(dǎo)體激光器、固體激光器、光纖激光器等不同類型激光器均可作為光纖激光器的激勵(lì)源。諧振腔一般可由光纖光柵、Sagnac環(huán)等反饋器件構(gòu)成，也可以由動(dòng)態(tài)隨機(jī)光柵、隨機(jī)瑞利散射等隨機(jī)過程提供反饋。激光工作物質(zhì)為提供放大增益的二維波導(dǎo)光纖，可以是包含實(shí)能級的摻鐿光纖、摻餌光纖、餌-鐿共摻光纖、摻銩光纖、摻鈥光纖等不同摻稀土離子增益光纖，也可以是包含虛能級的非線性增益光纖。利用上述產(chǎn)生機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)摻鐿光纖激光器、摻餌光纖激光器、餌-鐿共摻光纖激光器、摻銩光纖激光器、摻鈥光纖激光器、拉曼光纖激光器、布里淵光纖激光器、超熒光光源、隨機(jī)光纖激光器等不同類型的光纖光源。

與其他類型光纖激光器相比，隨機(jī)拉曼光纖激光器利用虛能級分布式拉曼增益和隨機(jī)反饋實(shí)現(xiàn)光放大，在輸出激光性能提升上具有特殊優(yōu)勢。具體而言，隨機(jī)拉曼光纖激光器中的放大增益由分布式拉曼放大過程提供，激射波長無需受摻雜離子發(fā)射波長的約束，且不存在摻稀土離子光纖在放大過程中粒子數(shù)反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的空間燒孔效應(yīng)，具備向大功率、超寬波長范圍發(fā)展的巨大潛力。此外，在隨機(jī)拉曼光纖激光器中，輸出端無需固定的反饋器件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，可有效避免輸出端反饋器件濾波特性導(dǎo)致的激光器時(shí)域起伏，是實(shí)現(xiàn)低噪聲光纖激光輸出的有效途徑。

在隨機(jī)拉曼光纖激光器中，為了抑制模間四波混頻對光譜純度的影響，提供足夠的分布式反饋和放大增益，一般需采用纖芯較小的光纖且光纖長度一般在百米量級以上。因此，高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)向大功率發(fā)展。為了克服上述問題，研究人員提出采用雙芯光纖、錐形光纖等新型光纖設(shè)計(jì)抑制隨機(jī)拉曼光纖激光器中的高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生。然而，依賴于新型光纖設(shè)計(jì)的高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光抑制方法技術(shù)復(fù)雜度高、實(shí)現(xiàn)難度大、成本高昂。此外，同時(shí)兼顧高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光和輸出激光噪聲抑制的大功率隨機(jī)拉曼光纖激光器仍未見報(bào)道。因此，綜合兼顧高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光和輸出激光噪聲抑制，提出實(shí)現(xiàn)大功率、低噪聲隨機(jī)光纖激光新的有效技術(shù)手段具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)需要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有強(qiáng)激光和非線性光纖光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中存在的不足，本發(fā)明基于隨機(jī)拉曼光纖激光器中激勵(lì)源噪聲傳遞特性，提出一種隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生方法及系統(tǒng)，本發(fā)明采用時(shí)域穩(wěn)定激勵(lì)源泵浦隨機(jī)拉曼光纖激光器，抑制高階拉曼斯托克斯隨機(jī)光纖激光和輸出激光噪聲，實(shí)現(xiàn)大功率、低噪聲隨機(jī)光纖激光輸出，為多點(diǎn)探測、光纖傳感、光學(xué)成像等領(lǐng)域光纖光源設(shè)計(jì)提供新思路。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生方法，將兩路時(shí)域穩(wěn)定的激勵(lì)光分別從前向和后向注入到隨機(jī)光纖激光器諧振腔中，隨機(jī)光纖激光器諧振腔在激勵(lì)光的抽運(yùn)下，依賴于分布式拉曼增益和隨機(jī)瑞利散射反饋實(shí)現(xiàn)隨機(jī)光纖激光產(chǎn)生。其中，時(shí)域穩(wěn)定是指激勵(lì)光中沒有自鎖模脈沖、弛豫振蕩脈沖和類湍流脈沖。

本發(fā)明中：時(shí)域穩(wěn)定的激勵(lì)光的生成方法如下：時(shí)域穩(wěn)定的單頻激光或者多單頻激光經(jīng)分束、功率放大、合束后即生成時(shí)域穩(wěn)定、大功率的激勵(lì)光。