本發(fā)明屬于光源發(fā)生裝置領(lǐng)域，具體涉及一種光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超窄線寬的單縱模激光束是一種具有極低相位噪聲和超長相干長度的優(yōu)質(zhì)光源，在第一光纖傳感、第一光纖通信、激光雷達、分布式石油管道檢測等領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景。目前形成超窄線寬的單縱模激光束的方法多種多樣，比如短腔法、飽和吸收體、多環(huán)環(huán)形腔等方法，但基于前述方法的激光器大多存在結(jié)構(gòu)復雜、體積較大、成本高昂、線寬壓縮效果不理想的缺陷，這大大的限制了超窄線寬的單縱模激光束的應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)，以解決目前產(chǎn)生光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、體積較大、成本較高以及線寬壓縮不理想的問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)，包括窄線寬光源發(fā)生裝置和線寬壓縮裝置，其中所述窄線寬光源發(fā)生裝置包括光源發(fā)生增益裝置、第一光纖、第一濾波器，所述光源發(fā)生增益裝置用于產(chǎn)生光源并將所述光源作為入射光傳輸給所述第一光纖；

所述第一光纖用于基于瑞利散射效應對所述入射光的線寬進行壓縮，以獲得線寬壓縮后的入射正方向和入射反方向上的瑞利散射信號，針對傳輸至所述第一濾波器的所述入射正方向上的瑞利散射信號，一部分被所述第一濾波器傳輸出去，另一部分被所述第一濾波器反射回所述第一光纖，所述第一光纖將被反射回來的瑞利散射信號，連同所述入射反方向上的瑞利散射信號傳輸給所述光源發(fā)生增益裝置進行增益放大；

增益放大后的瑞利散射信號作為入射光被傳輸給所述第一光纖，以使所述第一光纖對所述入射光的線寬進行循環(huán)壓縮，直至所述預設(shè)量的光源被所述第一濾波器全部傳輸出去，最后被傳輸出去的該部分光源即為所述窄線寬光源發(fā)生裝置輸出的窄線寬光源，該窄線寬光源被傳輸給所述線寬壓縮裝置后，由所述線寬壓縮裝置基于布里淵散射效應和瑞利散射效應對其接收到的光源的線寬做進一步壓縮。

在一種可選的實現(xiàn)方式中，所述窄線寬光源發(fā)生裝置還包括第二濾波器，所述光源發(fā)生增益裝置用于將所述預設(shè)量的光源作為輸入光源傳輸給所述第二濾波器，所述輸入光源的一部分作為入射光被所述第二濾波器傳輸至所述第一光纖，另一部分被所述第二濾波器反射回所述光源發(fā)生增益裝置進行增益放大，增益放大后的該部分光源作為輸入光源被傳輸給所述第二濾波器。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一光纖將被所述第一濾波器反射回來的瑞利散射信號，連同所述入射正方向上的瑞利散射信號傳輸給所述第二濾波器；

所述第二濾波器將其接收到的瑞利散射信號的一部分作為入射光反射給所述第一光纖，另一部分傳輸至所述光源發(fā)生增益裝置進行增益放大，增益放大后的該部分瑞利散射信號作為輸入光源被傳輸給所述第二濾波器。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述光源發(fā)生增益裝置為激光器內(nèi)的增益介質(zhì)。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第二濾波器為激光器內(nèi)的光柵。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述激光器采用單縱模激光器。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一濾波器和所述第二濾波器可透射和反射的波長范圍覆蓋所述光源發(fā)生增益裝置所產(chǎn)生的光源的波長范圍。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，通過對所述第一光纖的材料和長度，以及所述第一濾波器、所述第二濾波器的透射率和反射率進行設(shè)計，來獲得最優(yōu)窄線寬光源。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述線寬壓縮裝置包括第一環(huán)形器、第二環(huán)形器、偏振控制器、第二光纖、第三光纖和第三濾波器，其中所述窄線寬光源通過所述第一環(huán)形器被傳輸給所述第二光纖，所述第二光纖基于布里淵散射效應產(chǎn)生布里淵散射光，該布里淵散射光傳輸回所述第一環(huán)形器并被所述第一環(huán)形器傳輸給所述偏振控制器，所述偏振控制器對所述布里淵散射光進行偏振處理后傳輸給所述第二環(huán)形器，所述第二環(huán)形器將所述布里淵散射光作為入射光傳輸給所述第三光纖；

所述第三光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生瑞利散射光，針對傳輸給所述第三濾波器的入射正方向上的瑞利散射光，一部分被所述第三濾波器傳輸出去，另一部分被所述第三濾波器反射回所述第三光纖，所述第三光纖將反射回來的瑞利散射光，連同所述入射反方向上的瑞利散射光通過所述第二環(huán)形器傳輸給所述第二光纖。

在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一濾波器與所述線寬壓縮裝置之間設(shè)置有光功率放大器。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用第一光纖基于瑞利散射效應對光源發(fā)生增益裝置產(chǎn)生的預設(shè)量光源的線寬進行壓縮，并使第一濾波器具有透射和發(fā)射的特性，一方面可以保證光源被傳輸出去，另一方面可以保證第一光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回第一光纖，以使沿著第一光纖傳輸給光源發(fā)生增益裝置進行增益放大的瑞利散射信號增多，從而可以保證更多的光源被增益放大后再進行線寬循環(huán)壓縮，實現(xiàn)窄線寬光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想；

2、本發(fā)明通過在光源發(fā)生增益裝置與第一光纖之間增加第二濾波器，并使第二濾波器具有透射和反射的特性，可以在保證正常線寬壓縮和增益放大的同時，提高線寬壓縮和增益放大的效率；

3、本發(fā)明通過采用激光器內(nèi)的增益介質(zhì)作為光源發(fā)生增益裝置，采用激光器內(nèi)的光柵作為第二濾波器，可以進一步簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和降低成本；

4、本發(fā)明通過使第一濾波器和第二濾波器可透射和反射的波長范圍覆蓋光源發(fā)生增益裝置所產(chǎn)生的光源的波長范圍，可以保證光源在第一濾波器和第二濾波器中實現(xiàn)透射和反射；

5、本發(fā)明通過對所述第一光纖的材料和長度，以及所述第一濾波器、所述第二濾波器的透射率和反射率進行設(shè)計，可以獲得最優(yōu)窄線寬光源；

6、本發(fā)明依次通過第一環(huán)形器、偏振控制器和第二環(huán)形器將第二光纖基于窄線寬光源產(chǎn)生的布里淵散射光傳輸給第三光纖，可以使第三光纖基于瑞利散射效應對布里淵散射光的線寬進行壓縮；針對第三光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射正方向上的瑞利散射光，將其傳輸給第三濾波器，本發(fā)明通過使第三濾波器具有透射和發(fā)射的特性，一方面可以保證光源被傳輸出去，另一方面可以保證入射正方向上的瑞利散射光沿著第三光纖被傳輸至第二環(huán)形器，再由第二環(huán)形器將入射反方向和入射正方向上的瑞利散射光傳輸給第二光纖，由此第二光纖上輸出光源的光通量增大，且受激布里淵散射效應增強，從而使輸出光源的線寬壓縮效率提高；另外，本發(fā)明通過在將第二光纖上的布里淵散射光傳輸給第二環(huán)形器之前，采用偏振控制器對布里淵散射光進行偏振處理，可以進一步提高壓縮準確度；

7、本發(fā)明中將窄線寬光源發(fā)生裝置輸出的光源提供給線寬壓縮裝置，這樣即便增大第二光纖的長度，也可以保證線寬壓縮裝置輸出單縱模激光，且可以保證線寬壓縮裝置的輸出功率穩(wěn)定，最終輸出線寬為Hz量級的光源；

8、本發(fā)明通過在第一濾波器與線寬壓縮裝置之間設(shè)置有光功率放大器，可以對第一濾波器輸出的窄線寬光源進行功率放大，從而可以進一步保證線寬壓縮裝置輸出單縱模激光，且可以保證線寬壓縮裝置的輸出功率穩(wěn)定，最終輸出線寬為Hz量級的光源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實施例的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例中技術(shù)方案作進一步詳細的說明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

經(jīng)申請人研究發(fā)現(xiàn)，光纖在發(fā)生瑞利散射效應時，不僅可以在各個方向上產(chǎn)生瑞利散射信號，而且還可以對入射至光纖的入射光的線寬進行壓縮。也就是說，當光纖發(fā)生瑞利散射效應時，在接收到入射光后，基于瑞利散射效應所產(chǎn)生的各個方向上的瑞利散射信號的線寬都將小于入射光的線寬?；诖耍景l(fā)明實施例中提出了基于瑞利散射效應進行線寬壓縮的一種光源發(fā)生裝置，其可以實現(xiàn)窄線寬光源輸出。另外，本發(fā)明在獲得窄線寬光源后，可以基于光纖的布里淵散射效應和瑞利散射效應對該窄線寬光源的線寬做進一步壓縮，從而實現(xiàn)光源線寬的逐級壓縮。

參見圖1，為本發(fā)明光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。該光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)可以包括窄線寬光源發(fā)生裝置100和線寬壓縮裝置200，其中窄線寬光源發(fā)生裝置100可以包括光源發(fā)生增益裝置110、第一光纖120和第一濾波器130，光源發(fā)生增益裝置110通過第一光纖120與第一濾波器130連接，且第一濾波器130與線寬壓縮裝置200連接。

本實施例中，以光源發(fā)生增益裝置110在極短的單位時間(諸如10秒內(nèi))內(nèi)產(chǎn)生的光源量為例，光源發(fā)生增益裝置110可以將該光通量大小的光源作為入射光傳輸給第一光纖120，第一光纖120在接收到入射光后，發(fā)生瑞利散射效應，并基于瑞利散射效應對入射光的線寬進行壓縮，從而使瑞利散射效應所產(chǎn)生的各個方向上的瑞利散射信號的線寬都窄于入射光的線寬。其中，針對線寬壓縮后的入射正方向上的瑞利散射信號，其可以沿著第一光纖120被傳輸至第一濾波器130。第一濾波器130具有透射和反射的特性，因此入射正方向上的一部分瑞利散射信號被第一濾波器130傳輸出去，另一部分瑞利散射信號被第一濾波器130反射回第一光纖120。此后，第一光纖120將被反射回來的瑞利散射信號，連同入射反方向上的瑞利散射信號傳輸給光源發(fā)生增益裝置110進行增益放大(諸如光強放大)。增益放大后的瑞利散射信號可以再次作為入射光傳輸給第一光纖。

第一光纖120在接收到入射光后，可以按照上述相同的方式對入射光進行處理，從而對光源發(fā)生增益裝置110產(chǎn)生的光源的線寬進行循環(huán)壓縮，直至光源發(fā)生增益裝置110在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光源被第一濾波器130全部傳輸出去。由于每次線寬壓縮過程，都會有部分光源被第一濾波器130傳輸出去，因此當光源被第一濾波器130全部傳輸出去時，表示整個線寬循環(huán)壓縮過程結(jié)束。由于從光源被傳輸至第一光纖到光源被全部傳輸出去的時間非常短(即單位時間極短)，且在整個線寬循環(huán)壓縮過程中最后輸出的該部分光源的強度遠遠大于之前輸出的光源的強度，因此最后輸出的該部分光源可以視為整個線寬循環(huán)壓縮過程中輸出的光源，即該光源發(fā)生裝置輸出的光源。由于整個線寬循環(huán)壓縮過程中的每次線寬壓縮過程，最后輸出的該部分光源的線寬都經(jīng)歷了，因此最后輸出的該部分光源的線寬得到了極大地壓縮，即該光源發(fā)生裝置輸出的光源的線寬得到了極大地壓縮，從而使該光源發(fā)生裝置100輸出窄線寬光源。由于單位時間極短，因此可以視為窄線寬光源發(fā)生裝置可以穩(wěn)定輸出窄線寬光源。在輸出窄線寬光源后，其可以被輸出給線寬壓縮裝置200，再由線寬壓縮裝置200基于布里淵散射效應和瑞利散射效應，對其接收到的光源的線寬做進一步壓縮，從而獲得超窄線寬光源。

由上述實施例可見，本發(fā)明采用第一光纖基于瑞利散射效應對光源發(fā)生增益裝置產(chǎn)生的預設(shè)量光源的線寬進行壓縮，并使第一濾波器具有透射和發(fā)射的特性，一方面可以保證光源被傳輸出去，另一方面可以保證第一光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回第一光纖，以使沿著第一光纖傳輸給光源發(fā)生增益裝置進行增益放大的瑞利散射信號增多，從而可以保證更多的光源被增益放大后再進行線寬循環(huán)壓縮，實現(xiàn)窄線寬光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想。另外，本發(fā)明通過采用線寬壓縮裝置，基于布里淵散射效應和瑞利散射效應對窄線寬光源做進一步壓縮，可以進一步減小輸出光源的線寬。

參見圖2，為本發(fā)明光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2與圖1所示光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的區(qū)別在于，該窄線寬光源發(fā)生裝置100還可以包括第二濾波器140，其中該光源發(fā)生增益裝置110可以依次通過第二濾波器140、第一光纖120連接第一濾波器130。

本實施例中，同樣地，以光源發(fā)生增益裝置110在極短的單位時間(諸如10秒內(nèi))內(nèi)產(chǎn)生的光源量為例，光源發(fā)生增益裝置110可以將該光通量大小的光源作為輸入光源傳輸給第二濾波器140。第二濾波器140具有透射和反射的特性，因此傳輸給第二濾波器140的輸入光源，一部分作為入射光被第二濾波器140傳輸至第一光纖120，另一部分被反射回光源發(fā)生增益裝置110進行增益放大，增益放大后的該部分光源可以作為輸入光源再次傳輸至第二濾波器140。

第一光纖120在接收到入射光后，可以發(fā)生瑞利散射效應，并可以基于瑞利散射效應對入射光的線寬進行壓縮，從而使瑞利散射效應所產(chǎn)生的各個方向上的瑞利散射信號的線寬都窄于入射光的線寬。針對線寬壓縮后的入射正方向上的瑞利散射信號，其可以沿著第一光纖120被傳輸至第一濾波器130。由于第一濾波器130具有透射和反射的功能，因此入射正方向上的瑞利散射信號的一部分可以被第一濾波器130傳輸出去，另一部分可以被第一濾波器130反射回第一光纖120。此后，第一光纖120將被第一濾波器130反射回來的瑞利散射信號，連同其基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射反方向上的瑞利散射信號，傳輸給第二濾波器140。此后，第二濾波器140可以將其接收到的瑞利散射信號的一部分作為入射光反射回第一光纖120，另一部傳輸至光源發(fā)生增益裝置110進行增益放大，增益放大的該部分瑞利散射信號可以作為輸入光源再次傳輸至第二濾波器140。

第二濾波器140在接收到輸入光源后，可以按照上述相同的方式對輸入光源進行處理，且第一光纖120在接收到入射光后，也可以按照上述相同的方式對入射光進行處理，從而可以對光源發(fā)生增益裝置110產(chǎn)生的光源的線寬進行循環(huán)壓縮，直至該光通量大小的光源被第一濾波器130全部傳輸出去。

本發(fā)明通過在光源發(fā)生增益裝置與第一光纖之間增加第二濾波器，并使第二濾波器具有透射和反射特性，一方面可以使第二濾波器在接收到輸入光源時，將一部分輸入光源傳輸給第一光纖進行正常線寬壓縮，并將另一部分輸入光源反射回光源發(fā)生增益裝置進行增益放大，由此可以提高增益放大的效率；另一方面可以使第二濾波器在接收到第一光纖傳輸過來的瑞利散射信號時，將一部分瑞利散射信號作為入射光反射回第一光纖，由此可以提高線寬壓縮的效率，并將另一部分瑞利散射信號傳輸給光源發(fā)生增益裝置可以進行正常增益放大。由此可見，本發(fā)明通過在光源發(fā)生增益裝置與第一光纖之間增加第二濾波器，并使第二濾波器具有透射和反射的特性，可以在保證正常線寬壓縮和增益放大的同時，提高線寬壓縮和增益放大的效率。

另外，圖2與圖1所示光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的區(qū)別還在于，線寬壓縮裝置200可以包括第一環(huán)形器210、第二環(huán)形器220、偏振控制器230、第二光纖240、第三光纖250和第三濾波器260，其中窄線寬光源發(fā)生裝置100中第一濾波器130的輸出端連接第一環(huán)形器210的第一端口1，第一環(huán)形器210的第二端口2通過第二光纖240連接第二環(huán)形器220的第三端口3，第一環(huán)形器210的第三端口3通過偏振控制器230連接第二環(huán)形器220的第一端口1，第二環(huán)形器220的第二端口2通過第三光纖250連接第三濾波器260的輸入端，第三濾波器260的輸出端輸出線寬被逐級壓縮后的光源。

本實施例中，以窄線寬光源發(fā)生裝置100在極短的單位時間(諸如10秒內(nèi))內(nèi)產(chǎn)生的窄線寬光源量為例，該窄線寬光源在被傳輸至第一環(huán)形器210的第一端口1后，第一環(huán)形器210可以將該窄線寬光源從其第二端口2輸出，并傳輸給第二光纖240。第二光纖240基于布里淵散射效應產(chǎn)生布里淵散射光并將布里淵散射光作為輸出光源傳輸回第一環(huán)形器210的第二端口2。此后，第一環(huán)形器210從其第三端口3將該布里淵散射光輸出，并傳輸給偏振控制器230，由偏振控制器230對該布里淵散射光進行偏振處理，并將偏振處理后的布里淵散射光傳輸給第二環(huán)形器220的第一端口1。第二環(huán)形器220在接收到布里淵散射光后，將該布里淵散射光從其第二端口2輸出，并傳輸給第三光纖250。第三光纖250在接收到布里淵散射光后，基于瑞利散射效應對布里淵散射光的線寬進行壓縮，從而獲得入射正方向和入射反方向上的瑞利散射光，其中入射正方向上的瑞利散射光被傳輸至第三濾波器260。第三濾波器260具有透射和反射的特性，因此入射正方向上的瑞利散射光一部分被第三濾波器260傳輸出去，另一部分瑞利散射光被第三濾波器260反射回第三光纖250。此后，第三光纖250可以將反射回來的瑞利散射光，連同入射反方向上的瑞利散射光傳輸至第二環(huán)形器250的第二端口2。

第二環(huán)形器250在接收到瑞利散射光后，可以將該瑞利散射光從其第三端口3輸出，并傳輸給第二光纖240，此時第二光纖240上的布里淵散射光與瑞利散射光共同構(gòu)成輸出光源。由于第二光纖240接收到窄線寬光源后產(chǎn)生布里淵散射光到第二光纖240接收到從第二環(huán)形器220傳輸回的瑞利散射光的間隔時間很短(該間隔時間遠遠小于上述單位時間)，因此當?shù)诙饫w240接收到從第二環(huán)形器220傳輸回的瑞利散射光時，第二光纖240還輸入有窄線寬光源。此時，第二光纖240上的輸出光源與窄線寬光源相互作用，發(fā)生受激布里淵散射效應，在受激布里淵散射效應過程中輸出光源的線寬會得到壓縮，并且由于每次線寬壓縮過程中，第二環(huán)形器220都會向第二光纖240傳輸回部分瑞利散射光，因此在每次線寬壓縮過程中輸出光源的光通量也會增大。

輸出光源的線寬被壓縮且光通量增大后，可以被再次傳輸給第一環(huán)形器210的第二端口2，此后可以按照上述相同的方式對輸出光源的線寬進行循環(huán)壓縮，與此同時布里淵散射光的光通量也會進一步增大。在該單位時間內(nèi)產(chǎn)生的窄線寬光源被全部傳輸給第二光纖240后，第二光纖240上不再發(fā)生受激布里淵散射效應，整個循環(huán)壓縮過程達到平衡。由于整個循環(huán)壓縮過程達到平衡后，第三濾波器260可輸出的光源的光通量遠遠大于之前輸出的光源的光通量，因此可以將整個循環(huán)壓縮過程達到平衡后，第三濾波器260輸出的光源作為線寬壓縮裝置的輸出光源。此外，由于單位時間極短，因此可以視為線寬壓縮裝置可以穩(wěn)定輸出線寬逐級壓縮后的光源。

本發(fā)明依次通過第一環(huán)形器、偏振控制器和第二環(huán)形器將第二光纖基于窄線寬光源產(chǎn)生的布里淵散射光傳輸給第三光纖，可以使第三光纖基于瑞利散射效應對布里淵散射光的線寬進行壓縮。針對第三光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射正方向上的瑞利散射光，將其傳輸給第三濾波器，本發(fā)明通過使第三濾波器具有透射和發(fā)射的特性，一方面可以保證光源被傳輸出去，另一方面可以保證入射正方向上的瑞利散射光沿著第三光纖被傳輸至第二環(huán)形器，再由第二環(huán)形器將入射反方向和入射正方向上的瑞利散射光傳輸給第二光纖，由此第二光纖上輸出光源的光通量增大，且受激布里淵散射效應增強，從而使輸出光源的線寬壓縮效率提高。另外，本發(fā)明通過在將第二光纖上的布里淵散射光傳輸給第二環(huán)形器之前，采用偏振控制器對布里淵散射光進行偏振處理，可以進一步提高壓縮準確度。第一濾波器130與線寬壓縮裝置200之間可以設(shè)置有光功率放大器300，以對第一濾波器130輸出的窄線寬光源進行功率放大。

由上述實施例可見，本發(fā)明采用第一光纖基于瑞利散射效應對光源發(fā)生增益裝置產(chǎn)生的預設(shè)量光源的線寬進行壓縮，并使第一濾波器具有透射和發(fā)射的特性，一方面可以保證光源被傳輸出去，另一方面可以保證第一光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回第一光纖，以使沿著第一光纖傳輸給光源發(fā)生增益裝置進行增益放大的瑞利散射信號增多，從而可以保證更多的光源被增益放大后再進行線寬循環(huán)壓縮，實現(xiàn)窄線寬光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想。另外，本發(fā)明通過采用線寬壓縮裝置，基于布里淵散射效應和瑞利散射效應對窄線寬光源做進一步壓縮，可以進一步減小輸出光源的線寬。

參見圖3，為本發(fā)明光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中，以光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)產(chǎn)生單縱模激光束為例，圖2中光源發(fā)生增益裝置110可以為激光器DFB(Distributed Feedback Laser，分布式反饋激光器)內(nèi)的增益介質(zhì)，第二濾波器140可以為激光器DFB內(nèi)的光柵，第一光纖120可以為散射光纖。由于激光器中增益介質(zhì)不僅可以產(chǎn)生激光源，還可以實現(xiàn)增益放大，因此本發(fā)明選用激光器中增益介質(zhì)作為光源發(fā)生增益裝置，可以簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和降低成本。另外，本發(fā)明選用激光器中光柵作為第二濾波器，可以進一步簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和降低成本。

本實施例中，增益介質(zhì)110在接收到電信號后，激光器DFB開始起振，從而可以產(chǎn)生包括多個縱模激光束的激光源，其中每個縱模的頻率范圍相等且各個縱模的頻率范圍可以構(gòu)成激光源的線寬。以極短的單位時間內(nèi)產(chǎn)生的激光源為例，增益介質(zhì)110可以將該光通量大小的激光源作為輸入光源傳輸給光柵140，由于光柵140具有透射和反射的特性，因此傳輸給光柵140的激光源，一部分作為入射光被光柵140傳輸給散射光纖120，另一部分被反射回增益介質(zhì)110進行增益放大，增益放大后的該部分激光源可以作為輸入光源再次被傳輸給光柵140。

由于當?shù)谝还饫w的粒子尺度遠小于入射光源波長(通常小于入射光源波長十分之一)時，第一光纖才會發(fā)生瑞利散射，因此可以根據(jù)入射光源波長的特性，對第一光纖的材料進行選擇，從而確定對應的散射光纖。散射光纖120在接收到入射光后，發(fā)生瑞利散射效應，并基于瑞利散射效應對入射光的線寬進行壓縮，從而使瑞利散射效應所產(chǎn)生的各個方向上的瑞利散射信號的線寬都窄于入射光的線寬。針對線寬壓縮后的入射正方向上的瑞利散射信號，其可以沿著散射光纖120被傳輸至第一濾波器130。由于第一濾波器130具有透射和反射的功能，因此入射正方向上的瑞利散射信號的一部分可以被第一濾波器130傳輸出去，另一部分可以被第一濾波器130反射回散射光纖120，由散射光纖120將被第一濾波器130反射回來的瑞利散射信號，連同其基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射反方向上的瑞利散射信號，傳輸給光柵140。此后，光柵140可以將其接收到的瑞利散射信號的一部分作為入射光反射回散射光纖120，另一部傳輸至增益介質(zhì)110進行增益放大，增益放大的該部分瑞利散射信號可以作為輸入光源再次被傳輸給光柵140。

光柵140在接收到輸入光源后，可以按照上述相同的方式對輸入光源進行處理，且散射光纖120在接收到入射光后，也可以按照上述相同的方式對入射光進行處理，從而可以對增益介質(zhì)110在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的激光源的線寬進行循環(huán)壓縮，直至該激光源被第一濾波器130全部傳輸出去。

線寬壓縮裝置200在接收到上述窄線寬光源發(fā)生裝置輸出的窄線寬光源之后，可以按照圖2實施例中所述相同的方式進行線寬壓縮，從而可以實現(xiàn)單縱模激光輸出。由于現(xiàn)有光源發(fā)生裝置輸出光源的線寬通常為MHz量級，因此如果將現(xiàn)有光源發(fā)生裝置輸出的光源直接提供給圖2所示實施例中的線寬壓縮裝置，并要求線寬壓縮裝置輸出單縱模激光，則第二光纖必須很短(大概為10m以下)，如此短的第二光纖將很難形成布里淵散射效應，從而導致線寬壓縮裝置輸出功率不穩(wěn)定。由于本發(fā)明中窄線寬光源發(fā)生裝置輸出光源的線寬可以達到kHz量級，因此當將本專利中窄線寬光源發(fā)生裝置輸出的光源提供給線寬壓縮裝置時，即便增大第二光纖的長度，也可以保證線寬壓縮裝置輸出單縱模激光，且可以保證線寬壓縮裝置的輸出功率穩(wěn)定，最終輸出線寬為Hz量級的光源。

由上述實施例可見，本發(fā)明采用第一光纖基于瑞利散射效應對激光器中增益介質(zhì)產(chǎn)生的預設(shè)量激光源的線寬進行壓縮，并使第一濾波器具有透射和發(fā)射的特性，一方面可以保證激光源被傳輸出去，另一方面可以保證第一光纖基于瑞利散射效應產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回第一光纖，以使沿著第一光纖傳輸給增益介質(zhì)進行增益放大的瑞利散射信號增多，從而可以保證更多的激光源被增益放大后再進行線寬循環(huán)壓縮，實現(xiàn)超窄線寬激光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前光源線寬逐級壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想。另外，本發(fā)明通過采用線寬壓縮裝置，基于布里淵散射效應和瑞利散射效應對窄線寬光源做進一步壓縮，可以進一步減小輸出光源的線寬。

需要注意的是：為了保證光源可以在第一濾波器和第二濾波器中實現(xiàn)透射和反射，上述第一濾波器和第二濾波器可透射和反射的波長范圍應該覆蓋光源發(fā)生增益裝置(即激光器)所產(chǎn)生的光源的波長范圍。另外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，第一光纖基于入射光產(chǎn)生的瑞利散射信號的強弱由第一光纖材料和第一光纖長度決定，因此為了產(chǎn)生最優(yōu)的窄線寬光源，需要對第一濾波器和第二濾波器的透射率和反射率，以及第一光纖材料和第一光纖長度進行研究。瑞麗散射光對激光束的壓縮作用不僅適用于單縱模激光束，也適用于其他模態(tài)的激光束，但由于單縱模激光束具有更廣的應用價值，于是優(yōu)選地，所述激光器采用單縱模激光器。優(yōu)選地，所述激光器采用單縱模DFB激光器。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。