一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置与方法

技术领域

本发明属于光纤激光领域，具体涉及一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置与方法。

背景技术

窄线宽高功率光纤激光在光束合成、激光变频、激光通信等领域具有重要应用。受激布里渊散射效应是限制激光功率提升的主要因素之一。为了抑制受激布里渊散射效应的强度，国内外研究人员提出了了多种方法，包括使用大模场光纤、在光纤上施加温度梯度或者应力梯度以及对激光光谱进行适当展宽的方法。

其中，对激光光谱进行适当展宽来抑制放大器中的受激布里渊散射效应是一种有效的技术方案。常用的展宽方法是利用吉赫兹带宽的射频信号，如白噪声(WNS)信号或者伪随机序列(PRBS)数字信号对单频激光进行相位调制，得到线宽在0.1nm量级的窄线宽种子光。对这种展宽后的种子光进行功率放大，目前已经实现了超过4kW的输出功率。

但是采用相位调制实现光谱展宽的方案系统中需要多个射频信号源、电光相位调制器和相应的电路控制模块，结构复杂，成本高，可靠性不足。因此，发展新的光谱展宽技术，提升高功率激光系统的可靠性，降低系统成本，同时保持激光器的受激布里渊散射阈值在较高量级成为一个重要研究方向。

发明内容

本发明的提出一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置与方法，相比于现有的通过射频信号对激光进行相位调制实现光谱展宽的方法，提升了光纤激光放大器受激布里渊散射阈值的效果，其次还具有全光纤化、结构简单、成本低的优势，为窄线宽高功率激光器的大规模应用奠定基础。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置，所述激光产生装置包括，

超荧光源滤波的窄线宽激光种子源101，用于输出宽谱的非相干光，利用窄线宽光纤光栅进行滤波，得到窄线宽激光；

光纤预放大器102，用于将激光功率放大至合适的量级；

无源光谱展宽模块103，用于将激光展宽至合适的光谱宽度。

高功率放大模块104，用于将窄线宽激光放大至所需的功率。

进一步地，所述无源光谱展宽模块103采用的是无源光纤。

进一步地，所述无源光纤是G652D或HI1060或PLMA-10/125。

进一步地，所述无源光纤的长度至少为100米。

进一步地，所述超荧光源滤波的窄线宽激光种子源101产生的窄线宽激光的时域是连续激光。

进一步地，所述超荧光源滤波的窄线宽激光种子源101产生的窄线宽激光的偏振方向是线偏振或随机偏振或者椭圆偏振。进一步地，所述超荧光源滤波的窄线宽激光种子源101是DFB激光器或DBR激光或超荧光源滤波的激光器或者随机分布反馈激光器。

一种基于上述任一所述的一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置的抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生方法，其特征在于：

步骤1：所述超荧光源滤波的窄线宽激光种子源101产生窄线宽激光信号；

步骤2：将窄线宽激光信号注入到所述无源光谱展宽模块103中，利用激光信号的自相位调制，实现其光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。

本发明的有益效果如下：

1.本发明提出了一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置与方法，能够实现窄线宽激光光谱的预展宽，以达到提升光纤激光放大器受激布里渊散射阈值的效果。与现有的利用射频信号进行相位调制的方法相比，本发法不需要额外的射频信号源，结构简单，具有全光纤化的优势，便于系统集成。

2.本发明能够通过调节光纤长度实现亚纳米量级的光谱宽度的灵活调节，适用于光谱合成所用的窄线宽光纤激光系统。可大幅提升窄线宽光纤放大器的输出功率。

附图说明

图1是抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置的结构示意框图；

图2是实施例中未展宽的光谱；

图3是实施例中经过本发明的方法展宽后的光谱。

附图标记说明：

101、超荧光源滤波的窄线宽激光种子源；102、光纤预放大器，103、无源展宽模块；104、高功率光纤放大级。

具体实施方式

为使本发明方法的实施方式更加明确清晰，以下将结合附图和实施例，对本发明做详细的解释说明。此处所描述的具体实施例子仅用于解释本发明，并不限制要求保护的发明范围。

本发明所述的一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置，是将窄线宽激光信号注入到一段长距离的光纤中，利用激光信号的自相位调制，实现其光谱的展宽，以达到抑制受激布里渊散射效应的目的。当窄线宽激光信号的光谱展宽后，受激布里渊散射效应的增益显著减小；当线宽展宽越多，对应的有效布里渊增益谱越宽，受激布里渊散射的增益越小，激光器的受激布里渊散射阈值越高。

实施例：

如图1所示，为本实施例所述的一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置，包括：

超荧光源滤波的窄线宽激光种子源101，超荧光源工作在增益光纤的自发辐射状态，输出宽谱的非相干光，利用窄线宽光纤光栅进行滤波，得到窄线宽的激光信号。激光信号的光谱如图2所示，中心波长1064nm，光谱半高全宽为0.07nm。本发明所述的一种抑制受激布里渊散射效应的窄线宽光纤激光产生装置中产生窄线宽激光信号的光源类型不限，可以是光纤激光器，也可以是光纤耦合输出的固体激光器或半导体激光器。光源的原理可以是DFB激光器，DBR激光器，超荧光源滤波的激光器或者随机分布反馈激光器。所产生的激光信号在时域上为连续光。激光信号偏振状态不限，可以是圆偏振光、椭圆偏振光或者线偏振光。

光纤预放大器102，用于将信号功率放大至合适的量级。激光信号的功率会影响到后续的无源展宽模块中自相位调制效应的强度，影响光谱展宽的效果，在本实施例中，激光信号的功率放大至1W；

无源光谱展宽模块103，用于将激光信号展宽至合适的光谱宽度。本实施例中起到无源光谱展宽作用的光纤类型为G652D通信光纤。1W平均功率的窄线宽激光信号注入到4km长的无源光纤中，在光纤中自相位调制效应的作用下，如图3所示，光谱线宽被展宽到0.21nm。对窄线宽激光信号进行光谱展宽采用的无源光纤种类可根据需要与种子源所用光纤匹配，包括但不限于：G652D，HI1060，PLMA-10/125等。光纤长度在百米、千米量级，远大于普通光纤激光器所用光纤的典型长度。

经过无源光纤后光谱展宽的程度由光纤的色散系数、非线性系数和激光信号的功率等参数共同决定。可通过求解光纤非线性薛定谔方程来计算不同种类光纤的长度与展宽后的光谱宽度的关系。光纤非线性薛定谔方程如下：

z代表光纤长度，α代表光纤损耗，β

本实施例还包括高功率放大模块104，用于将窄线宽激光信号放大至所需的功率。按照激光线宽与放大级受激布里渊散射阈值的公式估算，经过光谱展宽后，激光器可达到的功率上限提升了3倍。

本发明已揭露如上，然并非用以限定本发明，本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。