级联喇曼激光器制造技术

级联喇曼激光器（１０）具有发射波长λ＃－［ｐ］的泵浦辐射源（１２）、由光学介质制成的输入部分（１４）和输出部分（１６）。每个部分（１４、１６）包含波长λ＃－［１］、λ＃－［２］、……、λ＃－［ｎ－ｋ］的波长选择器（１４１、１４２……１４５和１６１、１６２……１６５），其中ｎ≥３，λ＃－［ｐ］＜λ＃－［１］＜λ＃－［１］＜……＜λ＃－［ｎ－１］＜λ＃－［ｎ］，而λ＃－［ｎ－ｋ＋１］、λ＃－［ｎ－ｋ＋２］、……、λ＃－［ｎ］为激光器（１０）的ｋ≥１个发射波长。激光器还包含由非线性光学介质制成的腔内部分（１８），具有零色散波长λ＃－［０］，置于输入（１４）和输出（１６）部分之间。选择波长选择器（１４１、１４２……１４５和１６１、１６２……１６５）的波长λ＃－［１］、λ＃－［２］、……、λ＃－［ｎ－ｋ］和腔内部分（１８）的零色散波长λ＃－［０］以使能量通过多波混合在不同波长之间转移。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及级联喇曼激光器，它包含以泵浦波长λp发射的泵浦辐射源；由光学介质制成的输入部分和输出部分，每个部分包含波长λ1、λ2、……λn-k的波长选择器，其中n≥3，λp＜λ1＜λ2＜……λn- 1＜λn，而λn-k+1、λn-k+2、……λn为激光器的k≥1发射波长；由非线性光学介质制成的内腔部分，具有零色散波长λ0，置于输入和输出部分之间。
技术介绍
这样的激光器在本领域中通常已知，例如，从US-A-5,323,404中。喇曼激光器通常包含泵浦源，通常为连续波(CW)激光器；一定长度的非线性光学介质，例如光纤。在光纤上间隔放置具有相同峰值反射率的反射器，以形成激光谐振腔。这种激光器的基本物理原理为自发喇曼散射效应。这是一个非线性过程，只在高的光密度下发生，包括传播通过非线性介质的光与介质振动模式的耦合以及不同波长的光的再辐射。波长变长的再辐射光通常称作斯托克斯线，而波长变短的光称作反斯托克斯线。通常使用喇曼激光器泵浦光波长变长的情况。当使用二氧化硅光纤作为非线性介质时，最强的喇曼散射(最大喇曼增益)发生在频移大约13.2THz处，相应于1至1.5μm之间的泵浦波长移动大约50-100nm。在做成环形激光器的喇曼激光器中，由耦合器或光环形器闭合非线性光纤，从而得到光纤环。然后，通常用具有特定通带中心波长的光纤——例如法-珀光纤——代替反射器。通用术语“波长选择器”今后将用于指反射器、光纤或其它在喇曼激光器中用来确定光学谐振腔的装置。“级联”喇曼激光器是这样的喇曼激光器，它除了具有用于发射波长为λn的辐射的光腔之外，还至少具有一个用于波长为λn-1＜λn(其中n≥2)的又一个光腔。在这样的级联喇曼激光器中，辐射经过数次斯托克斯跃迁，从而其波长随后变长了。如果具有超过一个波长的辐射耦合出激光器，那么这样的激光器就称作多波长喇曼激光器。喇曼激光器常用作喇曼放大器在1310或1550nm处的泵浦激光器，或用作无中继光纤通信系统中间接泵浦铒光纤放大器的1480nm泵浦激光器。在其它波长处的其它用途也是可能的和可预期的。级联喇曼激光器的主要特性之一为转换效率，它定义为激光的输出功率与输入端的光泵浦功率之比。另一主要特性为阈值泵浦功率，这是要产生足够的光输出功率——例如，至少几个mW的输出功率——所必须超过的泵浦功率。如果泵浦功率低于阈值，那么只会有几个μW量级的无价值的光输出功率。在许多方面，都希望具有低泵浦阈值的喇曼激光器。例如，它应当能产生低但是稳定的输出功率。尽管在很多应用中，大的输出功率是一个基本特征，但是还有其它应用需要这样的低但是稳定的输出功率。这种应用的一个例子是用于二级泵浦的喇曼激光器。在这种二级泵浦激光器的典型结构中，依照上面解释过的一级泵浦原理，用单个大功率源放大两个低功率泵浦源。然后，这两个低功率泵浦源可以例如放大一个传输信号。这样的结构比现有的需要使用两个大功率泵浦源的远程传输系统便宜得多。理论上，这样的结构将需要只发射几个mW的低功率泵浦源。然而，目前，对于所需的波长范围，还没有具有这么低但是稳定的输出功率的泵浦激光器。从J.-C.Bouteiller等人的题为“提供改善的噪声系数和大增益带宽的双级喇曼泵浦(Dual-order Raman pump providing improvednoise figure and large gain bandwidth)”(FB3-1，OFC 2002截稿日期后提交的论文)的论文中，已知可将大功率和低功率源组合在单个级联喇曼激光器件中。通过在狭窄的长周期光栅中衰减原本稳定的大功率激光线来获得稳定的低功率输出。从US-A1-2002/0015219中得知一种非线性光纤放大器，它尤其适用于大约在1430-1530nm的低损耗窗口。这一宽带非线性极化放大器将级联喇曼放大和参量放大或四波混合组合在一起。中间级联喇曼级波长之一应当大致接近放大光纤的零色散波长λ0。对于这一中间喇曼级，由于和四波混合的相位匹配或相位匹配的参量放大，会发生频谱展宽。在另外的级联喇曼级中，由于增益谱和来自前喇曼级的频谱之间的卷积，增益谱持续展宽。然而，这一文献并不涉及具有低泵浦功率阈值的级联喇曼激光器的公开。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是给出在开始时提到的具有低泵浦功率阈值的级联喇曼激光器。利用在开始时提到的激光器，达到了这一目的，选择波长选择器的波长λ1、λ2……λn-k和腔内部分的零色散波长λ0，从而能量通过多波混合而在不同波长的辐射之间转移。由于现在用多波混合辅助喇曼散射，能量从更短波长的辐射更有效地转移到更长波长的辐射。多波混合对斯托克斯转变的这一促进使得可以实现稳定的低功率输出。因此新的级联喇曼激光器尤其适合用作像上面说明的那样构造二级泵浦的低功率泵浦源，但是当然不局限于这种用处。斯托克斯线之间更有效的能量转移还具有这样的优点在光的传播方向上，相应于激光器发射波长的最终斯托克斯线在空间上出现得更早。这样，有可能减小腔内部分，例如，喇曼有源光纤的长度。术语多波混合在此处用作表述四波混合和简并四波混合——后者常称为三波混合——现象的通用术语。用于特定波长的每对波长选择器形成波长等于该波长的辐射的光腔。波长选择器可以是具有特定中心波长的反射器，例如布拉格光栅，特定中心波长定义为反射器反射带的峰值波长。输入和输出部分认为是喇曼激光器中包含波长选择器的那些部分。激光器的腔内部分是没有选择器的中心部分，置于输入部分和输出部分之间。只要腔内部分由在受到大光强照射时表现出非线性效应——特别是自发喇曼散射——的材料制成，那么对形成输入、输出和腔内部分的光学介质就没有限制。这些部分可形成不同光学介质，由不同材料制成，但也可以是，输入、输出和腔内部分形成单个连续波导结构，只是在概念上分成不同部分。所要由多波混合产生的能量转移效应需要选择零色散波长λ0以使得出现线性相位匹配。合适的相位匹配条件将取决于应当由多波混合辅助的斯托克斯跃迁。然而，这并不意味着必需严格满足合适的相位匹配条件。零色散波长λ0偏离理想值+/-10nm都将使多波混合足够大。多波混合并不必需包括任何要耦合出激光器的波长。然而，如果至少激光器的发射波长之一包括在多波混合中，则这一条件是尤其优选的。如果激光器只发射一个波长，这就意味着通过多波混合，多余的能量转移给了所发出的辐射。可选择波长选择器的波长λ1、λ2……λn-k以使多波混合造成的能量转移至少包括三个相邻波长。如果只要将一个波长的辐射耦合出激光器，则这种选择尤其有利。为了在此情形中实现四波混合，必需选择反射器的中心波长以使1/λi＝1/λi-1+1/λi-2-1/λi-3，其中i＝3、4……n，并且腔内部分(18)的零色散波长λ0基本等于(λi-1+λi-2)/2。为了在此情形中实现三波混合，必需选择波长选择器的波长λ1、λ2……λn-k以使1/λi＝2/λi-1-1/λi-2， 其中i＝3、4……n，并且腔内部分(18)的零色散波长λ0基本等于λi-1。然而，并不要求多波混合只包括相邻斯托克斯线。尤其是对于发出不止一个波长的辐射的激光器来说，如果选择波长选择器的波长λ1、λ2……λn-K以使多波混合造成的能量转移至少包括三个非相邻波长。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
级联喇曼激光器，包含： ａ）泵浦辐射源（１２），在泵浦波长λ↓［ｐ］上发射， ｂ）输入部分（１４）和输出部分（１６），由光学介质制成，每个部分（１４，１６）包含波长λ↓［１］、λ↓［２］……λ↓［ｎ－ｋ］的波长选择器（１４１、１４２……１４５和１６１、１６２……１６５），其中ｎ≥３，λ↓［ｐ］＜λ↓［１］＜λ↓［２］＜……＜λ↓［ｎ－１］＜λ↓［ｎ］，而λ↓［ｎ－ｋ＋１］、λ↓［ｎ－ｋ＋２］……λ↓［ｎ］为激光器（１０）的ｋ≥１个发射波长，以及 ｃ）腔内部分（１８），由非线性光学介质制成，具有零色散波长λ↓［０］，置于输入（１４）和输出（１６）部分之间， 其特征在于 ｄ）选择波长选择器（１４１、１４２……１４５和１６１、１６２……１６５）的波长λ↓［１］、λ↓［２］……λ↓［ｎ－ｋ］和腔内部分（１８）的零色散波长λ↓［０］以使能量通过多波混合在不同波长的辐射之间转移。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：凯瑟琳马尔迪内利，弗劳伦斯莱普林加德，迪布特西尔维斯特雷，弗雷德里克范豪尔斯贝克，菲利普埃姥普利特，
申请(专利权)人：阿尔卡塔尔公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]