[发明专利]单纵模多波长宽带可调谐布里渊激光发生方法及布里渊激光器

说明书

技术领域

本发明涉及的是光纤激光器技术领域，具体是一种单纵模、多波长、宽带可调谐布里渊激光的发生方法及其布里渊激光器。

背景技术

布里渊激光器以其具有的退噪声，线宽窄化及高稳定性质获得了广范的应用；比如说在测量，传感，微波产生，光通信等领域都有基础性作用。

以往的布里渊激光器基本上是在有源腔的条件下产生的，激光光束质量受到限制。比如说较长（腔长超过20米）的有源腔的布里渊激光器难以产生单纵模；而较短腔长（腔长小于20米）的有源腔布里渊激光器可以产生单纵模输出，但由于有源腔中自发辐射的影响激光信噪比降低。更主要的是有源腔光纤布里渊激光器只有二到三个纳米的波长可调范围，这严重限制了它的广泛应用。

根据文献调研，S.W.Harun等在2009年一月报道了一篇简便的基于有源腔的制造布里渊激光器的文献。 W.Guang等在2009年十月报道了一篇功率高达一瓦，单纵模输出高性能光纤布里渊激光器。然而，有源腔的缺点是其输出激光中中心波长受到腔内自由振荡腔模的限制，而且，这些较高质量的布里渊激光器只能单个波长输出。如果想获得多波长高质量的布里渊激光器就要使用级联的方法。上海交通大学刘等人在2011年8月的一篇文献中报道了无源腔级联的方法的相关结果，并用无源腔级联得到的多级布里渊拍频获得了高质量的微波信号。然而，使用级联腔的方法毕竟是一项系统比较庞大的工作。如果想获得多级布里渊光（比如说超过5级），这时候系统将会变的体积庞大且价格昂贵。级联方法获得的多波长布里渊激光器显然不利于集成化和产业化。

多波长布里渊激光器在简单腔中产生的方法很早就有报道。比如，G.J.Cowle等早在1996年就提出了在有源腔中加入反S型结构提供反馈的方法获得了五级的布里渊光输出。而宋跃江等在2005年的文献中介绍的自注入布里渊激光器中更产生了上百级的布里渊光。然而，以往多波长布里渊激光器只能在很长的腔长中产生（一般是百米量级以上），而且常常借助在腔内增益介质提供的增益来克服布里渊效应的阈值。长腔导致的多纵模及增益介质导致的低信噪比使这类多波长激光器很少获得实用。

因此，使用新方法和相应结构的布里渊激光器获得多波长、单个纵模的布里渊激光是当前研究布里渊激光器的一个热点，能在获得多波长、单纵模布里渊光的前提下，使激光器的输出波长可以在几十个纳米的范围内可以调节更使该激光器的实用价值获得提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种单纵模多波长带可调谐布里渊激光发生方法及布里渊激光器。该方法简单，易于实施；该布里渊激光器结构简单，成本低廉，输出激光稳定，单纵模，线宽窄，波长数量多和宽带可调谐；且能够较方便地移植到其他任意波长（段）产生相应的高阶布里渊光。

本发明的单纵模多波长宽带可调谐布里渊激光发生方法是使用包括一个光学无源谐振腔和一个置于所述光学无源谐振腔外部、其输出端通过环形器与所述光学无源谐振腔相连接的掺杂光纤放大器，同时将所述光学无源谐振腔与掺杂光纤放大器的输入端通过相应的光耦器件相连接构成一以掺杂光纤放大器与无源腔分开、腔内只实现布里渊激光振荡、布里渊泵浦光放大机制放在腔外的、具有反馈回路的布里渊激光器，将利用来自光源信号经掺杂光纤放大器放大输出到达光学无源谐振腔的泵浦光发生受激布里渊散射效应获得的斯托克斯光返馈回掺杂光纤放大器的输入端，进而获得布里渊多波长激光。

使布里渊激光器的自由频谱宽度与布里渊增益谱谱宽相适应，通过改变调谐光源的波长实现多波长的宽带可调谐；并且，通过改变调谐光源的波段以及与此波段相适应的掺杂光纤放大器，以在任意波段产生相应的多波长布里渊激光。

采用包括环形器的第2和第3端口，耦合器，以及单模光纤SM28构成的无源布里渊激光谐振腔，并且采用宽带的TLS作为泵浦光调谐以实现宽带可调谐多波长的输出，在谐振腔外采用反馈，放大机制由相应的耦合器的相应的端口出射的布里渊斯托克斯光经该耦合器的另一相应端口反馈进掺杂光纤放大器进行放大，再次进入谐振腔作为下一阶斯托克斯光的泵浦；只要超过布里渊阈值就会产生下一阶布里渊激光；通过选择谐振腔的腔长即单模光纤的长度，其产生的自由光谱范围FSR与布里渊增益谱相仿，即实现各级布里渊激光都是单纵模；由于任何波段的泵浦光都可以产生布里渊散射，只要改变构成本发明的布里渊激光器的相关波段的器件，即可在对应的波段上获得相应波段的多波长布里渊激光。