[发明专利]一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器

说明书

本发明公开了一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器、光隔离器、掺铒光纤放大器、可调谐光纤衰减器、第一偏振控制器、第一光纤环形器、第二偏振控制器、双耦合器环形谐振器、第二光纤环形器和瑞利散射光纤，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器分别连接所述第一光纤环形器的端口一和端口三，所述双耦合器环形谐振器的输出端和瑞利散射光纤的输入端分别连接所述第二光纤环形器的端口一和端口二，所述第一光纤环形器的端口二和第二光纤环形器的端口三之间连接布里渊增益光纤，本发明所公开的布里渊随机光纤激光器能够压制激光器内的模式竞争，并可因此降低随机激光输出的相对强度噪声和频率噪声，提高输出激光的稳定性。

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别涉及一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器。

背景技术

随机光纤激光器是指利用长距离无源光纤中的微弱瑞利散射提供随机的分布式反馈替代传统反馈方式的一种光纤激光器类型。研究发现，随机光纤激光器具有无纵模、高稳定性和结构简单等特点。近些年的研究表明，随机光纤激光器在高功率激光输出、高效率激光输出、多波长激光输出、特殊波段激光输出以及包括光谱光学和光学传感在内的多个相关应用方面都展现出其独特的优势与广阔的应用前景。

在2010年，Turitsyn等人首次利用普通单模光纤中的受激拉曼散射和瑞利散射分别提供激光增益和分布式随机反馈实现了一种拉曼随机光纤激光器，这是第一个真正意义上的随机光纤激光器。除了受激拉曼散射以外，随机光纤激光器还可以通过其他类型的增益实现，例如：铒离子增益、布里渊增益和半导体增益等等；其中布里渊增益凭借其长光纤内的低激光阈值、高增益系数、窄增益带宽、非均匀加宽等优势在上述多个增益类型中脱颖而出。

2013年，Meng Pang等人利用两段较长的单模光纤分别提供布里渊增益和分布式随机反馈，构成了一个半开放式环形腔布里渊随机光纤激光器，并在输出激光的频谱中观察到一个位于布里渊增益谱顶端的～10Hz的超窄尖峰。与此同时线性腔的布里渊随机光纤激光器(包括单端泵浦和双端泵浦)也逐渐被提出，也可实现较窄的激光输出。

但不论是半开放式环形腔还是线性腔的布里渊随机光纤激光器，他们的激光输出都存在相对较强的不稳定性，这是由于激光器结构中的长光纤受到的扰动和随机分布式反馈产生的随机分布的腔长导致的，而且在输出的激光中还因为较强的模式竞争而存在跳模现象甚至多模谐振现象；尽管后来有一些工作者利用法伯干涉仪、保偏光纤等来降低布里渊随机光纤激光器输出激光的噪声，但加入法伯干涉仪的方法需要对该干涉仪进行精细的调节，这增加了系统的操作复杂性，而且商用的法伯干涉仪价格昂贵，性价比太低；而用保偏光纤的方法只消除了因为泵浦光与Stokes光的偏振态不匹配而引起的激光输出不稳定，没能完全消除使得激光输出不稳定的因素。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，以达到降低激光的相对强度噪声和频率噪声，提高输出激光的稳定性的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低噪声窄线宽布里渊随机光纤激光器，包括依次连接的泵浦激光器、光隔离器、掺铒光纤放大器、可调谐光纤衰减器、第一偏振控制器、第一光纤环形器、第二偏振控制器、双耦合器环形谐振器、第二光纤环形器和瑞利散射光纤，所述第一偏振控制器和第二偏振控制器分别连接所述第一光纤环形器的端口一和端口三，所述双耦合器环形谐振器的输出端和瑞利散射光纤的输入端分别连接所述第二光纤环形器的端口一和端口二，所述第一光纤环形器的端口二和第二光纤环形器的端口三之间连接布里渊增益光纤。

上述方案中，所述双耦合器环形谐振器包括耦合比不同的光纤耦合器一和光纤耦合器二，所述光纤耦合器一和光纤耦合器二均包括两个输入端和两个输出端，所述光纤耦合器一的耦合比为50:50，所述光纤耦合器二的耦合比为70:30；所述光纤耦合器一的其中一个输出端通过单模光纤一连接光纤耦合器二的70％光功率的输入端，所述光纤耦合器一的其中一个输入端通过一段12m长的单模光纤二连接光纤耦合器二的70％光功率的输出端。