具有增强输出功率和对反射率具有低敏感度的喇曼激光器制造技术

建议使用具有用于喇曼辐射λ↓［ＲＲ］的新的光共振腔的喇曼激光器。这种共振腔由一个具有对应于所述喇曼辐射λ↓［ＲＲ］的反射波长的不成对的反射器ｒ↓［ＲＲ］所组成。由发生在反射器ｒ↓［ＲＲ］和喇曼激光器输出之间的一部分光纤上的瑞利散射有利地对在输出的用于建立光共振强的第二个反射器进行定义。通过将瑞利散射使用为需要与不成对的反射器相联系的补充反射器，获得用于具有小于１％的输出反射率的喇曼辐射λ↓［ＲＲ］（即，具有优化的喇曼辐射）的光共振腔是可能的。这种喇曼激光器特别适合于用作第二阶喇曼激光器。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于发射喇曼辐射的喇曼激光器并且涉及一种用于包括这种喇曼激光器的喇曼放大处理的设备。此外，本专利技术还涉及一种用于产生喇曼辐射的方法。
技术介绍
目前，光纤技术被用于通信系统，以便在长距离上以光信号传输信息，例如声音信号和数字信号。然而，在如此长的距离中，传输的光信号的强度和质量逐渐减损。因此，已经开发出一些技术，以便在光信号沿光纤传送时对其进行再生或放大。一种公知的放大技术利用了一种被称为喇曼散射的效应，来对输入的承载信息的光信号进行放大。喇曼散射描述了光与光传播的材料中分子的震动之间的相互作用。分子散射的入射光从承载功率的光泵浦辐射经历频率的降低。将这种从泵浦波长的频率的降低(或波长的增加)被称为斯托克斯位移(Stokes shift)，并且将对应的散射光被称为斯托克斯线(Stokes line)。频率降低的范围和喇曼增益曲线的形状由传输媒介的分子振动频率模式来确定。在非结晶的材料中，例如硅，分子振动频率分布成频段，这些频段重叠且提供宽带的宽增益曲线。通过将一些初始泵浦波长与需要放大的信号波长一起注入到喇曼活性传输媒介(例如，熔丝硅)中，这些初始泵浦波长得到了有利地利用。假设需要放大的信号波长位于所述的初始泵浦波长(例如，在硅中1550nm处的大约100nm)的喇曼增益中，那么这些信号波长将经历由初始泵浦波长产生的光增益，且同时损失了初始泵浦波长。换句话说，这些泵浦波长放大了信号波长，并且也因为这样做，减少了它的强度。这种增益处理称为激励喇曼散射并且也是一种用于放大光信号的公知技术。用于光通信的一种波长(例如，在1.55μm附近)的高强度持续波辐射的发展截至于基于这种激励的喇曼散射的级联喇曼激光器。美国专利5,323,404描述了这种级联喇曼激光器的示例。图1说明了这种具有喇曼激光器10的现有技术，其包括一对或多对反射器(21，21’，22，22’，23，23’，24，24’，25，25’)，这些反射器彼此隔开，且具有相同中心波长。反射器通常为直线折射率布拉格反射器(linerefractive index bragg reflector)，该反射器由基于SiO2的光纤构成其中的中心部分包含Ge，每对反射器在光纤中提供一个光腔(opticalcavity)。这种光腔至少包括喇曼光纤17的一部分，其中将发生产生增益的激励喇曼散射。在波长上相邻的光腔通常在波长上相差一个斯托克斯位移，两个连续的斯托克斯位移中较长的波长位于前一个斯托克斯位移的喇曼增益光谱中。在其中一个光腔中共振的辐射被称为斯托克斯线。喇曼激光器10通过耦合器16与从泵浦源15出来的位于波长λPO的一些初始泵浦辐射相耦合。这种喇曼激光器10适合在它的输出19发射波长为λRR的辐射，这个波长比初始泵浦辐射λPO长。在许多级联喇曼激光器的潜在重要应用中，一个以上的反射器被用于如图1所示的例子中。例如，在它的输出端具有λRR为大约1.5μm的喇曼辐射并且使用λPO为大约1.1μm的初始泵浦辐射的激光器可能需要5个反射器对(21，21’)，...(25，25’)。具有如此多反射器的喇曼激光器不仅由于每对反射器的两个部分必须具有本质上相同的中心波长所以制造起来非常困难，而且由于反射器的多样性造成的不必要的衰减可能会很严重。例如，当辐射通过每个输出反射器，斯托克斯线会经历多达0.5dB的损耗。并且得到具有如几个百分之十之低的反射系数的布拉格光栅是非常困难的。通过节省在光共振腔的输出端的反射器(可能是对应于喇曼辐射的或者是具有种子辐射的反射器)，能够给出一个变型(参见以下对种子辐射的描述)。这仅当失去反射器被裂开的光纤端所替代才可能。这是这样一个裂开端，其能提供大约4％的足够的反射率(菲涅耳反射器(Fresnel reflectivity))以建立光共振腔。但是，如本领域技术人员所知，使用菲涅耳反射达到比4％小很多的反射率是不可能的。
技术实现思路
考虑到如上内容，本专利技术的目标是开发用于发射具有优化的且可能最大的输出功率的喇曼辐射的喇曼激光器。此外，应用用于产生这种喇曼辐射而不意味比现有技术显著增加成本的方法也是本专利技术的目标。这个目标是依照本专利技术通过使用具有特别光共振腔的喇曼激光器，其中光共振腔用于位于喇曼辐射λRR处的波长的电磁辐射。这种共振腔是由具有对应于所述喇曼辐射λRR的反射波长的一个不成对的反射器rRR组成的。通过至少在反射器rRR和喇曼激光器输出之间的一部分光纤上发生的瑞利散射，有利地确定需要建立光共振腔的输出反射器的第二个反射器。这种瑞利散射是由产生了反射率的随机不均匀体的玻璃中分子位置随机局部变化所导致的。这种随机不均匀体作为小的散射中心。与先前技术不同，瑞利散射现在不再是噪声效果，而是根据本专利技术可以被开发来对喇曼激光器的输出进行优化。通过将瑞利散射作为与不成对的反射器相联系的补充反射器来使用，获得用于喇曼辐射λRR的具有小于1％的输出反射率的光共振腔成为可能。有利地，如此定义的反射器的反射率将在百分之几十的范围内，可能小到0.1％。根据本专利技术的这种喇曼激光器特别适合于用作具有喇曼辐射λRR的第二阶喇曼激光器，其中喇曼辐射λRR是从倒数第二个应用的级联激励喇曼散射所获得的斯托克斯线。这种第二阶喇曼激光器包括至少一个由一对具有对应于种子辐射λseed的发射波长的反射器(rseed，r’seed)定义的另一个光共振腔。每一个这种种子辐射对应于从根据本专利技术的喇曼激光器中的最后应用的级联激励喇曼散射中获得的斯托克斯线。有利地，用于种子辐射的光共振腔包括一个对于它的反射波长λseed具有可调反射率的输出反射器r’seed。通过这种方法，有可能更适宜的从0到多于300mW变化种子辐射的功率。只有通过使用根据本专利技术的喇曼激光器，才可能以如此高的精确度控制种子辐射的功率。在其他情况下，用于喇曼辐射λRR的“输出反射器”的低于1％的反射率允许使用用于具有从0到大于25％可调反射率的种子辐射的输出反射器r’seed。本专利技术有利地开发在附属权利要求，下面的描述和附图中进行描述。附图说明本专利技术的示例性具体实施方式现在通过引用附图进行进一步的解释，其中图1是根据现有技术的具有泵浦源的喇曼激光器示意图；图2是根据本专利技术的喇曼激光器；图3是根据本专利技术的用作第二阶喇曼激光器的喇曼激光器；图4a是根据本专利技术的用于第二阶喇曼激光器的不同斯托克斯位移的例子；以及图4b是根据图4a的用于1351.5nm波长的喇曼增益。具体实施例方式图2表示根据本专利技术的喇曼激光器11。这种喇曼激光器11包括一段用作喇曼光纤17的光纤。喇曼光纤17在两端由一些反射器(ri，ri’)包围。本例子中，图2描述了在喇曼激光器11输入端的5个反射器21，22，...，25，以及在其输出端的5个反射器20，21’，...，24’。所有这些反射器20，21，21’，...，24，24’，25，最好由一些构造在所述光纤上的光纤布拉格光栅来组成。但是，其他种类的反射器也是可考虑的。喇曼激光器11通过耦合器16在它的输入端与泵浦源15进行耦合。该泵浦源在进入喇曼激光器11的波长λPO处将提供初始泵浦辐射。在喇曼激光器11的输出端放置了隔离器18用来防止从外界经过其输出进入的任何辐射。该输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在波长λ↓［ＲＲ］处发射喇曼辐射的喇曼激光器，包括：一段光纤；泵浦源，用于在波长λ↓［ＰＯ］处将初始泵浦辐射引入到所述光纤；多个空间上分开的反射器对（ｒ↓［ｉ］，ｒ↓［ｉ］’）（ｉ＝１，…，ｎ；ｎ≥１），一对 里的两个反射器具有近似的特征反射波长λ↓［ｉ］，以便每一对定义了不同的用于在所述各个反射波长λ↓［ｉ］处波长的电磁辐射的光共振腔，光共振腔包括用于发生激励的喇曼散射的至少一部分所述光纤，如此选择光共振腔以便建立一个级联的喇曼激光器， 其特征在于将用于在喇曼辐射λ↓［ＲＲ］处波长的电磁辐射的光共振腔制造在具有对应于所述喇曼辐射λ↓［ＲＲ］的反射波长的一个反射器（ｒ↓［ＲＲ］）的一端，并且制造在由瑞利散射定义的反射器的另一输出端处，该瑞利散射在一部分所述光纤处发生，并且对于如此定义的输出反射器具有小于１％的反射率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗洛朗斯勒普兰加尔德，索菲博尔内，
申请(专利权)人：阿尔卡特公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]