本發(fā)明屬于光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多波長泵浦的超寬帶隨機光纖激光器。

背景技術(shù)：

隨機光纖激光器利用被動光纖中微弱的瑞利散射提供隨機分布式反饋，其增益來源于被動光纖中受激拉曼散射(SRS)的非線性效應，因此可以實現(xiàn)“無諧振腔”、“無增益光纖”條件下的激光輸出。早期的隨機光纖激光器不需要光柵等任何反饋器件，因此被稱為“全開腔”結(jié)構(gòu)隨機光纖激光器。近年來，研究人員提出通過在激光器的一端引入高反光柵，即“半開腔”結(jié)構(gòu)，理論和實驗研究表明，“半開腔”結(jié)構(gòu)可以降低出光閾值、提升激光器效率，并使得原本“全開腔”結(jié)構(gòu)中雙向傳輸?shù)碾S機激光從單端光纖輸出，更加有利于實際應用。由于利用無序介質(zhì)中的瑞利散射提供隨機反饋，不需要嚴格的諧振腔結(jié)構(gòu)，隨機光纖激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、無縱模、轉(zhuǎn)換效率高、光譜平滑等特點，是激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。

早期的隨機光纖激光研究主要面對通信、傳感等領(lǐng)域，通常對隨機激光的輸出光譜寬度沒有特殊要求，然而對于照明、顯示成像、光電對抗等領(lǐng)域，希望得到盡可能寬的輸出光譜，但是一般隨機激光輸出的3dB譜寬都小于5nm，無法滿足實際需求。另一方面，目前采用一些濾波器件可以實現(xiàn)相對較寬波長范圍的隨機激光輸出，但是都是用到了較為復雜的濾波器件，輸出波長為分立形態(tài)，并且這些器件無法承受高功率，因此輸出功率較低，也限制了實際應用。

隨機光纖激光器的增益來源于被動光纖中SRS效應，在硅玻璃光纖中，隨機激光增益峰波長通常與泵浦波長存在一個固定的頻率間隔，即13.2THz，因此在硅玻璃光纖中，隨機光纖激光的輸出波長相對確定。由于SRS過程不存在真實的激光上能級，其中心波長的增益無法類似于摻稀土離子增益通過其他能級的傳遞轉(zhuǎn)化為其他波長的激光，因此，激光光譜的展寬完全依賴于非線性效應以及色散的作用。但是如果單純加強了非線性效應的強度，又必然會降低二階隨機激光產(chǎn)生的閾值，從而限制了一階隨機激光功率的提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出基多波長泵浦的超寬譜光纖激光器實現(xiàn)方案，以突破以往隨機光纖激光器中輸出光譜較窄的限制，進一步拓寬隨機光纖激光器的輸出譜寬。其基本思想是：基于多個特定波長間隔的光源泵浦隨機光纖激光器，利用泵浦源的光譜特性同時結(jié)合隨機激光自身的光譜展寬，產(chǎn)生連續(xù)超寬帶的隨機激光輸出。其基本組成包括：多波長泵浦源、被動光纖以及超寬帶耦合器，其中多波長泵浦源(1)的輸出端與超寬帶耦合器(2)的一端采用熔接的方式加以連接，超寬帶耦合器(2)的公共端與被動光纖(3)采用熔接的方式加以連接；被動光纖(3)的另一端切斜角以抑制本端面反饋，并作為隨機激光的前向輸出端；超寬帶耦合器(2)的另一端切斜角，作為隨機光纖激光器的后向輸出端。

現(xiàn)對各組成部分的特點描述如下：

多波長泵浦源：可以是常規(guī)的光纖激光器，也可以是光纖耦合的半導體激光器或者固體激光器。激光由光纖耦合輸出，光纖纖芯的直徑與后文所述被動光纖纖芯的直徑一致，光纖纖芯的數(shù)值孔徑與后文所述被動光纖纖芯的數(shù)值孔徑一致，激光器具體的中心波長無特定要求，激光器為單一波長激光器，線寬取1nm到5nm之間，激光器的數(shù)量根據(jù)實際需求確定，波長間隔取5nm到15nm之間、偏振特性沒有特殊要求；

上述激光器采用波分復用器或者直接級聯(lián)的方式產(chǎn)生，若采用直接級聯(lián)的方式，級聯(lián)順序是長波長激光在前，短波長激光在后；

被動光纖：常規(guī)的石英基光纖或者光子晶體光纖，由纖芯、包層和涂覆層組成。泵浦光和產(chǎn)生的激光在纖芯中傳輸，通過理論設計使被動光纖具有較大的非線性系數(shù)以及較小的色散；

超寬帶耦合器：在泵浦波長范圍和希望得到的光譜范圍內(nèi)有較高的透過率，能保證激光器波長和產(chǎn)生的信號泵浦都低損耗的通過，需要指出的是，目前超寬帶的光纖耦合器主要基于空間耦合、鏡片反射結(jié)構(gòu)，而對于100nm左右寬度的鍍膜技術(shù)是十分成熟的。

本發(fā)明提出一種多波長泵浦的超寬譜隨機光纖激光器。與以往技術(shù)相比，本發(fā)明突破了隨機激光輸出光譜較窄的限制，可實現(xiàn)更寬譜寬、更高功率輸出，具有先進性和實用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于多波長泵浦的超寬帶隨機光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2是本發(fā)明多波長泵浦源的產(chǎn)生方式之一的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3是本發(fā)明多波長泵浦源的產(chǎn)生方式之二的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合圖示對本發(fā)明進行進一步說明：

圖1所示的超寬帶隨機光纖激光器包括多波長泵浦源(1)、超寬帶耦合器(2)和被動光纖(3)等3個部分。其中泵浦源(1)的輸出端與超寬帶耦合器(2)的一端采用熔接的方式加以連接，熔接點為(4)，超寬帶耦合器(2)的公共端與被動光纖(3)采用熔接的方式加以連接，熔接點為(5)；被動光纖(3)的另一端切斜角(7)以抑制端面反饋，并作為隨機激光的前向輸出端。超寬帶耦合器(2)的另一自由端切斜角(6)，作為隨機光纖激光器的后向輸出端。

圖2所示為多波長泵浦源(1)的其中一種產(chǎn)生結(jié)構(gòu)。單一波長光纖激光器(81)、(82)……、(8N)通過波分復用器(9)的各個輸入臂連接，連接采用熔接的方式，熔點分別為(41)、(42)、……、(4N)，最后從波分復用器(9)的公共端輸出。單一波長光纖激光器(81)、(82)……、(8N)的波長間隔在5nm到15nm之間，各激光器帶寬在1nm到5nm之間。

圖3所示為多波長泵浦源(1)的另一種產(chǎn)生結(jié)構(gòu)。單一波長光纖激光器(81)、(82)……、(8N)通過級聯(lián)熔接的方式連接，熔點分別為(51)、(52)、……、(5N)，連接的順序是長波長激光在前，短波長激光在后。單一波長光纖激光器(81)、(82)……、(8N)的波長間隔在5nm到15nm之間，各激光器帶寬在1nm到5nm之間。

下面給出本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖對應的具體實施例：

對于圖1所示的超寬譜隨機光纖激光器，多波長泵浦源(1)是波長分別為1070nm、1080nm、1090nm、1100nm的摻鐿光纖激光器，采用圖2所示的結(jié)構(gòu)合成一路輸出，單個激光輸出功率均為10瓦，3dB線寬均為3nm。多波長泵浦源(1)采用圖2所示方式合成后與超寬帶耦合器(2)熔接。超寬帶耦合器公共端與纖芯直徑為10μm、數(shù)值孔徑為0.06、長度為800m的被動光纖(3)的一端熔接，被動光纖(3)的另一端切斜角(7)作為輸出端。經(jīng)過被動光纖中微弱的瑞利散射提供的隨機分布式反饋和受激拉曼散射提供的增益，可實現(xiàn)1120nm到1160nm的超寬帶一階拉曼光輸出；由于多波長泵浦源(1)和光纖中非線性效應導致的光譜展寬作用，會在1120nm到1160nm的寬光譜范圍內(nèi)都有隨機激光產(chǎn)生，這是目前該波段產(chǎn)生的最寬光譜范圍的隨機激光。