[发明专利]一种随机光纤激光产生方法及系统

说明书

本发明提供了一种随机光纤激光产生方法及系统，包括激励光产生子系统以及随机光纤激光器谐振腔；激励光产生子系统产生两路时域稳定的激励光；两路时域稳定的激励光分别从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔中，随机光纤激光器谐振腔在激励光的抽运下，依赖于分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光产生。本发明采用时域稳定激励源泵浦随机拉曼光纤激光器，抑制高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出，为多点探测、光纤传感、光学成像等领域光纤光源设计提供新思路。

技术领域

本发明属于强激光和非线性光纤光学技术领域，具体涉及一种大功率、低噪声随机光纤激光产生方法及系统。

背景技术

激光器源于原子体系受激辐射过程产生大量同态、超高简并度光子态，进而实现方向性好、单色性高的高相干性、高亮度激光输出的系统。一般而言，激励源、激光工作物质、谐振腔是构成激光器的三大要素。其中：激励源作为抽运光抽运激光工作物质实现粒子数反转，谐振腔实现自激振荡和增益大于损耗条件，实现激光起振。针对光纤激光器而言，半导体激光器、固体激光器、光纤激光器等不同类型激光器均可作为光纤激光器的激励源。谐振腔一般可由光纤光栅、Sagnac环等反馈器件构成，也可以由动态随机光栅、随机瑞利散射等随机过程提供反馈。激光工作物质为提供放大增益的二维波导光纤，可以是包含实能级的掺镱光纤、掺饵光纤、饵-镱共掺光纤、掺铥光纤、掺钬光纤等不同掺稀土离子增益光纤，也可以是包含虚能级的非线性增益光纤。利用上述产生机制，可以实现掺镱光纤激光器、掺饵光纤激光器、饵-镱共掺光纤激光器、掺铥光纤激光器、掺钬光纤激光器、拉曼光纤激光器、布里渊光纤激光器、超荧光光源、随机光纤激光器等不同类型的光纤光源。

与其他类型光纤激光器相比，随机拉曼光纤激光器利用虚能级分布式拉曼增益和随机反馈实现光放大，在输出激光性能提升上具有特殊优势。具体而言，随机拉曼光纤激光器中的放大增益由分布式拉曼放大过程提供，激射波长无需受掺杂离子发射波长的约束，且不存在掺稀土离子光纤在放大过程中粒子数反转导致的空间烧孔效应，具备向大功率、超宽波长范围发展的巨大潜力。此外，在随机拉曼光纤激光器中，输出端无需固定的反馈器件，实现结构简单，可有效避免输出端反馈器件滤波特性导致的激光器时域起伏，是实现低噪声光纤激光输出的有效途径。

在随机拉曼光纤激光器中，为了抑制模间四波混频对光谱纯度的影响，提供足够的分布式反馈和放大增益，一般需采用纤芯较小的光纤且光纤长度一般在百米量级以上。因此，高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光会严重影响系统向大功率发展。为了克服上述问题，研究人员提出采用双芯光纤、锥形光纤等新型光纤设计抑制随机拉曼光纤激光器中的高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光产生。然而，依赖于新型光纤设计的高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光抑制方法技术复杂度高、实现难度大、成本高昂。此外，同时兼顾高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声抑制的大功率随机拉曼光纤激光器仍未见报道。因此，综合兼顾高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声抑制，提出实现大功率、低噪声随机光纤激光新的有效技术手段具有重要的科学意义和现实需要。

发明内容

针对现有强激光和非线性光纤光学技术领域中存在的不足，本发明基于随机拉曼光纤激光器中激励源噪声传递特性，提出一种随机光纤激光产生方法及系统，本发明采用时域稳定激励源泵浦随机拉曼光纤激光器，抑制高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出，为多点探测、光纤传感、光学成像等领域光纤光源设计提供新思路。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种随机光纤激光产生方法，将两路时域稳定的激励光分别从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔中，随机光纤激光器谐振腔在激励光的抽运下，依赖于分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光产生。其中，时域稳定是指激励光中没有自锁模脉冲、弛豫振荡脉冲和类湍流脉冲。

本发明中：时域稳定的激励光的生成方法如下：时域稳定的单频激光或者多单频激光经分束、功率放大、合束后即生成时域稳定、大功率的激励光。