一种基于光纤平端面菲涅尔反射的随机激光器

摘要

该发明公开了一种基于光纤平端面菲涅尔反射的随机激光器，涉及高功率光纤激光器领域。该激光器包括泵浦光源、波分复用器、带阻滤波器及单模光纤；其中波分复用器有两个输入端口，一个输出端口；泵浦源的泵浦光通过其中一个输入端口输入波分复用器，另一输入端口只容许一阶斯托克斯光通过，并连接一条末端为平端面的光纤，用以反射泵浦光在光纤里面激射出的一阶斯托克斯光；波分复用器的输出端通过光纤连接带阻滤波器的输入端，带阻滤波器的输出端连接一段单模光纤，该段单模光线的末端为斜端面,为激光器的输出端。从而具有进一步增大一阶随机激光最大输出功率，得到光光转换效率大于80％的高功率一阶随机激光输出。

说明书

技术领域

本技术涉及高功率光纤激光器领域，其技术优势在于结构简单，无需光纤光栅或光纤环反 射镜，能产生高功率的光纤随机激光输出，光光转换效率>80％，且该结构的随机激光器基于光 纤中的拉曼效应，输出激光可选择波段范围宽，可通过选择泵浦波长获得与其对应波长的一阶 随机激光。

背景技术

与传统的固体激光器相比，光纤激光器具有体积小，光束质量高，热管理方便等优点。目 前，以掺镱为主的高功率稀土离子掺杂光纤激光器的输出激光功率突飞猛进。光纤中的拉曼效 应作为另一种获取光纤激光的重要途径，与掺杂离子的受激放大方式相比，具有更宽的增益带 宽，并能获取各种特定波长的激光输出，近年来备受关注。传统拉曼光纤激光器在光纤两端放 置反射镜，为了得到高功率输出，需精细优化两个反射镜的反射率和反射带宽。

随机分布反馈光纤激光器是一种新型无腔光纤激光器，它在结构上区别于传统激光器，其 反馈来源于光纤中随机分布的背向瑞利散射而不是通常的谐振腔。随机分布反馈光纤激光器通 过光纤中的分布式拉曼散射效应获得增益，可实现稳定的、空间不相干的连续激光输出，被认 为是一种重要的新光源。光纤随机激光器的一个重要优势在于其产生高阶斯托克斯光的阈值很 高，因此具备产生高功率一阶随机激光的能力。然而，普通全开腔结构的光纤随机激光器的输 出特性很容易受到光纤输出端寄生反馈的影响，理论仿真表明，10^-5量级的端面寄生反馈就会 显著地改变激光的功率分布，降低激光输出效率和高阶激光的激射阈值，从而在实际实验中限 制了其产生高功率一阶随机激光的功率。采用半开腔结构的光纤拉曼随机激光器，在光纤前端 引入点式反馈，可实现高阶激光输出且激光器功率特性对光纤尾端的寄生反馈不敏感，但之前 方案均采用特定的高反射率光纤布拉格光栅或光纤环反射镜，其工作波长需匹配泵浦对应的斯 托克斯波长。

发明内容

针对上述现有技术，提出一种基于光纤平端面宽带菲涅尔反射的半开腔结构高效率高功率 光纤拉曼随机激光器，并采用短光纤腔长(<1km)，通过在光纤泵浦端引入只对一阶激光有反 馈效应的光纤端面弱反射(4％)，可进一步增大一阶随机激光最大输出功率，得到光光转换效 率>80％的高功率一阶随机激光输出。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明的解决方案是一种基于光纤平端面菲涅尔反射的随机激光器，该激光器包括泵浦光 源(1)、波分复用器(3)、带阻滤波器(5)及单模光纤(6)；其中波分复用器有两个输入端 口(2)、(9)，一个输出端口(4)；泵浦源的泵浦光通过其中一个输入端口(2)输入波分复用 器，另一输入端口(9)只容许一阶斯托克斯光通过，并连接一条末端为平端面的光纤，用以 反射泵浦光在光纤里面激射出的一阶斯托克斯光；波分复用器的输出端通过光纤连接带阻滤波 器(5)的输入端，带阻滤波器的输出端连接一段单模光纤，该段单模光线(6)的末端为斜端 面，该端面反射小于10^-5,为激光器的输出端。

其中所述单模光纤(6)的长度小于1千米；

其中所述带阻滤波器(5)用于滤除二阶斯托克斯光。

本发明与现有技术相比有如下有益效果：本发明利用光纤平端面(8)的4％菲涅尔反射 作为激光器反射镜，无需特定工作波长的光纤布拉格光栅或光纤环反射镜等腔镜，结构非常简 单，对环境温度不敏感，工作稳定性好；光纤平端面(8)提供宽带反射，对一阶随机激光的 有效反射率随激光功率的增大而变化不大；光纤平端面(8)提供宽带反射，针对不同泵浦波 长均能对其对应的一阶斯托克斯光提供反馈；光纤平端面(8)提供宽带反射，其反射率低(4％)， 可进一步增大一阶随机激光最大输出功率；使用1km以内较短长度单模光纤(6)，可使激光功 率分布集中在光纤末端(7)输出，从而提高激光的输出效率；在激光腔体内加入带阻滤波器 (5)，进一步增加二阶随机激光的阈值，从而能得到更大功率的一阶随机激光输出。

附图说明

图1是基于光纤平端面宽带菲涅尔反射的高效率高功率光纤拉曼随机激光器结构示意图

图2光纤前端反射镜反射率为0.04和0.9时，一阶光纤随机激光输出功率随泵浦功率的 变化的仿真结果图

图3光纤前端反射镜反射率为0.04和0.9时，在相同输出功率的情况下，一阶光纤随机 激光在光纤中的功率分布的仿真结果图

图1中：1.泵浦源，2.波分复用器的一端口，3.波分复用器，4.波分复用器的公共端， 5.带阻滤波器，6.单模光纤，7.光纤斜端面，8.光纤平端面，9.波分复用器的二端口；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

一种基于光纤平端面菲涅尔反射的随机激光器，包括泵浦光源(1)、波分复用器WDM(3)、 带阻滤波器(5)及单模光纤(6)，其特征在于：波分复用器WDM(3)的一端口(2)的波长 对应于泵浦光源的波长，泵浦光源(1)通过波分复用器WDM(3)的一端口(2)耦合进单模 光纤(6)中，波分复用器WDM(3)的公共端(4)与单模光纤(6)间接入带阻滤波器(5)，从 而可进一步增加二阶随机激光的阈值，光纤末端(7)为斜端面，其端面反射率小于10^-5,是激 光器的输出端口。波分复用器WDM(3)的二端口(9)末端为光纤平端面(8)，由于波分复用 器WDM(3)的二端口(9)对应于一阶斯托克斯光的波长，所以光纤平端面(8)仅为一阶随 机激光提供4％的宽带菲涅尔反射。

图2为数值仿真下，光纤前端反射镜反射率为0.04和0.9时，一阶光纤随机激光输出功 率随泵浦功率的变化，本发明波分复用器的输入端口(9)连接的末端为平端面的光纤，该端 平面的的反射率为0.04，背景技术在该处使用反光镜的反射率为0.9。其中光纤前端反射镜反 射率为0.04时的输入输出曲线对应于本发明中光纤平端面的情况，光纤长度选为500m。可以 看到，采用光纤平端面的4％菲涅尔反射，可以在光纤尾端获得高功率高效率的一阶随机激光 输出。在达到一阶随机激光阈值后，输出激光功率迅速增长，并在激射处二阶随机激光时获得 最大的一阶随机激光输出。相比于高反射率(90％)反射镜的情况,虽然随机激光的阈值有所 增加，但在采用光纤平端面的4％菲涅尔反射时，反而能得到更大的一阶随机激光最大输出功 率。最终，基于光纤平端面及500m单模光纤的半开腔拉曼随机激光器可实现44.5W输出，光 光转化效率达到84％的随机激光输出。

图3为数值仿真下，光纤前端反射镜反射率为0.04和0.9时，在相同输出功率的情况下， 一阶光纤随机激光在光纤中的功率分布。所选光纤长度较短(500m)，激光功率分布集中在光 纤末端(7)输出。本发明结构下，对于二阶随机激光为全开腔结构，所以二阶随机激光的阈 值由一阶随机激光的功率分布决定。可以看出，在相同输出功率的情况下，当光纤前端反射镜 反射率越高时，激光功率的分布更渗透进光纤内部，从而更容易激发产生二阶随机激光，从而 可获得的最大一阶随机激光输出越小。所以，相比于高反射率的光纤布拉格光栅或光纤环反射 镜，采用光纤平端面的4％菲涅尔反射，不仅结构更简单，还更有利于获得更高功率的一阶随 机激光输出。