一种超长拉曼光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种超长拉曼光纤激光器，涉及光纤激光器以及光通信与传感领域，本发明专利技术的技术创新点分为三部分，其一是采用高阶随机光纤激光拉曼泵浦，可以使得产生的激光峰值远离泵浦端，从而延长拉曼光纤激光器的极限腔长；其二是采用新型超低损耗光纤作为传输光纤，该新型光纤具有更低的传输损耗，提升激光的传输距离，从而延长拉曼光纤激光器的极限腔长；其三是利用新型超低损耗光纤瑞利散射系数低的特点，能够有效降低光纤瑞利散射形成的分布式随机反馈对拉曼激光器的影响，从而进一步提高了拉曼光纤激光器的极限腔长。实验表明：本发明专利技术实现了364km长的拉曼光纤激光器，为目前世界上报道的最长的激光器。界上报道的最长的激光器。界上报道的最长的激光器。

【技术实现步骤摘要】
一种超长拉曼光纤激光器


[0001]本专利技术涉及光纤激光器以及光通信与传感领域，更具体地是涉及一种超长拉曼光纤激光器


技术介绍

[0002]光纤激光器在原理上具有结构简单、光束质量好、泵浦转换效率高、波长灵活可调等优点，在非线性光学、光纤传感以及光纤通信领域有广泛的未来延展，在工业制造、生物医疗以及国防安全等有很好的未来应用场景。近年来，一种新型的基于单模光纤的一阶拉曼放大的有模式超长腔光纤激光器结构被发布出来，这是非线性光学与随机激光的新的碰撞。很长一段时间，拉曼光纤激光器都是向着随机激光和分布式拉曼放大方面发展，该方面的理论体系也在慢慢的完善。而这种有模式的长腔光纤激光器概念在2009年被提出，有意在光纤通信以及保密通信等领域得到应用和发展。
[0003]按有无纵模结构，激光和分为两种，一种是无纵模结构的随机激光，一种是有纵模结构的传统有腔激光器。随机激光的随机在于光纤分布式散射形成的大大小小的随机谐振腔，这些随机谐振腔产生的纵模频率在频谱上显示成一条直线，也就是所谓的无纵模结构。而现在的大多数随机激光器结构都是半开腔结构，或者高低反射镜构成的全腔结构，构成随机激光的一个要素在于，激光器结构中作为谐振腔产生反馈的主导部分必须具有随机性，比如光纤中的瑞利散射。传统激光器结构上，两端是带有固定谐振腔的，而在拉曼光纤激光器产生传统有模式激光，不仅仅需要带有固定谐振腔，还需要保证结构两端的固定谐振腔在整个反馈中占主导部分，避免光纤中的随机谐振腔产生的随机纵模掩盖固定谐振腔选出来的纵模结构。而光纤中的随机谐振腔主要由瑞利散射形成，光纤长度越长光纤的总瑞利散射就越强，而对于固定谐振腔来说，其镜面反射率最高只能达到100％，也就说对于任何一种类型的光纤来说，想要构成的有纵模结构的拉曼光纤激光器，其光纤长度一定有一个极限值。现有的技术表明，利用普通单模光纤作为拉曼激光器中的传输光纤，配合双端拉曼方法，其采用一阶放大和二阶放大能达到的最大腔长为270km和288km。
[0004]近年来，一种具有超低传输损耗的新型G.654.E光纤为解决长距离传输提供了一种新方案，该光纤通过减少光纤中的瑞利散射系数等，从而达到减少光纤各窗口的传输损耗。它在传感与通信领域的应用前景还在不断被探索与挖掘。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种超长拉曼光纤激光器，实现了一种超长距离1550nm拉曼光纤激光器，为保密光通信、光纤非线性效应以及光纤传感研究提供了一种新的平台。
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种超长拉曼光纤激光器，包括一对泵浦光源模块、一对波分复用器A、一对波分复用器B、传输光纤、一对光纤光栅以及一对宽带高反射镜；
[0008]所述超长拉曼光纤激光器以传输光纤为中心、左右两端镜像设置；
[0009]左侧结构具体为：
[0010]波分复用器A由三个端口构成：1040
‑
1090nm端口、1100
‑
1700nm端口、公共端口；各端口连接情况为：泵浦光源模块连接1040
‑
1090nm端口；光纤光栅连接公共端口，为产生具有固定纵模间隔输出的1550nm激光提供固定谐振腔；
[0011]波分复用器B由三个端口构成：1100
‑
1480nm端口、1520
‑
1700nm端口、公共端口；各端口连接情况为：宽带高反射镜连接1100
‑
1480nm端口，为产生级联随机拉曼激光提供反馈，降低阈值；1520
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1700nm端口做斜角处理，防止菲涅尔反射；
[0012]波分复用器B的公共端口连接波分复用器A的1100
‑
1700nm端口，传输光纤连接至两个光纤光栅之间，为激光的激射提供随机瑞利反馈和增益介质。
[0013]作为可选的一种技术方案，传输光纤为超低损耗光纤，损耗低于0.17dB/km，腔长>200km。
[0014]作为可选的一种技术方案，所述超长拉曼光纤激光器结构具有对称性，需要两端同时泵浦才可产生具有固定纵模间隔输出的1550nm激光。
[0015]作为可选的一种技术方案，宽带高反射镜包括光纤环形镜或不同中心波长串联的高反射率光纤光栅阵列。
[0016]作为可选的一种技术方案，光纤光栅的中心波长为1530
‑
1570nm。
[0017]作为可选的一种技术方案，光纤光栅的中心波长为1550nm。
[0018]作为可选的一种技术方案，传输光纤产生的各阶激光，其中1550nm波长之前的均为随机激光，最终由中心波长为1480nm的随机激光作为产生具有固定纵模间隔输出的1550nm激光的最终泵浦，1550nm的纵模频率由传输光纤的长度决定。
[0019]作为可选的一种技术方案，传输光纤中，掺入一段掺铒光纤。
[0020]本专利技术的有益效果如下：
[0021]1、激光器采用高阶拉曼泵浦方式，在双端提供泵浦的前提下，将级联随机激光功率峰值推向光纤中部，大大提高了到达固定谐振腔腔面的1550nm光功率，从而提高固定谐振腔在各种谐振腔反馈中的占比，使得在更长腔长中，固定谐振腔依然压制光纤随机谐振腔成为主导，最终形成具有固定纵模间隔输出的激光。
[0022]2、激光器在传输光纤中选择了超低损耗光纤，其在各个波段传输损耗较普通单模光纤要低，可降低泵浦的传输损耗，提高激射激光功率，同时还具有超低的瑞利散射系数，在本质上降低了光纤本身散射造成的随机谐振腔的强度，从而提高两端固定谐振腔在各种谐振腔反馈中的占比，从而达到提高激光器腔长极限长度的目的。
[0023]3、超长拉曼光纤激光器由于采用的对称结构，只有在首尾端双方同时泵浦才能产生具有固定纵模间隔输出1550nm通信激光。中间一旦被破坏或者被第三方接入，1550nm激光的纵模性质会发生改变，就可被两端察觉。同时激光器的极限腔长大于200km，能满足大多数远距离光纤通信和传感的要求。
附图说明
[0024]图1是本专利技术超长拉曼光纤激光器结构框图；
[0025]图2是实施例一的1090nm泵浦光源模块结构框图；
[0026]图3是实施例二的基于3*1波分复用器的超长拉曼光纤激光器结构框图；
[0027]图4是具有固定纵模间隔输出的超长拉曼光纤激光器的极限腔长与光纤类型、放大方式(泵浦阶数)的关系仿真总结图；
[0028]图5是基于实施例1下采用364km长G.654E光纤实现的具有固定纵模间隔输出的超长拉曼光纤激光器的频谱图。
[0029]图中标记：1、泵浦光源模块；1
‑
1、976nm激光器；1
‑
2、光纤合束器；1
‑
3、1090nm光纤光栅；1
‑
4、掺镱光纤；1
‑
5、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超长拉曼光纤激光器，其特征在于，包括一对泵浦光源模块(1)、一对波分复用器A(2
‑
1)、一对波分复用器B(2
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2)、传输光纤(3)、一对光纤光栅(4)以及一对宽带高反射镜(5)；所述超长拉曼光纤激光器以传输光纤(3)为中心、左右两端镜像设置；左侧结构具体为：波分复用器A(2
‑
1)由三个端口构成：1040
‑
1090nm端口、1100
‑
1700nm端口、公共端口；各端口连接情况为：泵浦光源模块(1)连接1040
‑
1090nm端口；光纤光栅(4)连接公共端口；波分复用器B(2
‑
2)由三个端口构成：1100
‑
1480nm端口、1520
‑
1700nm端口、公共端口；各端口连接情况为：宽带高反射镜(5)连接1100
‑
1480nm端口，，1520
‑
1700nm端口做斜角处理，波分复用器B(2
‑
2)的公共端口连接波分复用器A(2
‑
1)的1100
‑
1700nm端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶云江，董诗盛，韩冰，刘洋，邓康烨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：