本發(fā)明屬于光源發(fā)生裝置領(lǐng)域，具體涉及一種超窄線寬光源發(fā)生裝置。

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，在光纖傳感、光纖通信、激光雷達(dá)、分布式石油管道檢測等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)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(fù)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(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種超窄線寬光源發(fā)生裝置，以解決目前產(chǎn)生超窄線寬光源發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)復(fù)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(shí)施例的第一方面，提供一種超窄線寬光源發(fā)生裝置，包括光源發(fā)生增益裝置、光纖和第一濾波器，其中所述光源發(fā)生增益裝置用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)量的光源并將所述預(yù)設(shè)量的光源作為入射光傳輸給所述光纖；

所述光纖用于基于瑞利散射效應(yīng)對所述入射光的線寬進(jìn)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光纖，所述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(jìn)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光纖，以使所述光纖對所述入射光的線寬進(jìn)行循環(huán)壓縮，直至所述預(yù)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超窄線寬光源。

在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述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(yù)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(jìn)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(shí)現(xiàn)方式中，所述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光纖，另一部分傳輸至所述光源發(fā)生增益裝置進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)方式中，通過對所述光纖的材料和長度，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(jìn)行設(shè)計(jì)，來獲得最優(yōu)超窄線寬光源。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明采用光纖基于瑞利散射效應(yīng)對光源發(fā)生增益裝置產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量光源的線寬進(jìn)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，另一方面可以保證光纖基于瑞利散射效應(yīng)產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回光纖，以使沿著光纖傳輸給光源發(fā)生增益裝置進(jìn)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(jìn)行線寬循環(huán)壓縮，實(shí)現(xiàn)超窄線寬光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前超窄線寬光源發(fā)生裝置結(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(shí)，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(jìn)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(shí)現(xiàn)透射和反射；

5、本發(fā)明通過對所述光纖的材料和長度，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(jìn)行設(shè)計(jì)，可以獲得最優(yōu)超窄線寬光源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明超窄線寬光源發(fā)生裝置的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明超窄線寬光源發(fā)生裝置的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明超窄線寬光源發(fā)生裝置的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)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(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí)施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)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(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)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(yīng)時(shí)，不僅可以在各個(gè)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(jìn)行壓縮。也就是說，當(dāng)光纖發(fā)生瑞利散射效應(yīng)時(shí)，光纖在接收到入射光后，基于瑞利散射效應(yīng)所產(chǎn)生的各個(gè)方向上的瑞利散射信號的線寬將小于入射光的線寬?；诖?，本發(fā)明實(shí)施例中提出了基于瑞利散射效應(yīng)進(jìn)行線寬壓縮的一種光源發(fā)生裝置，其可以實(shí)現(xiàn)超窄線寬光源輸出。

參見圖1，為本發(fā)明超窄線寬光源發(fā)生裝置的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。該超窄線寬光源發(fā)生裝置可以包括光源發(fā)生增益裝置110、光纖120和第一濾波器130，光源發(fā)生增益裝置110通過光纖120與第一濾波器130連接。

本實(shí)施例中，以光源發(fā)生增益裝置110在單位時(shí)間(諸如10秒鐘內(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光纖120，光纖120在接收到入射光后，發(fā)生瑞利散射效應(yīng)，并基于瑞利散射效應(yīng)對入射光的線寬進(jìn)行壓縮，從而使瑞利散射效應(yīng)所產(chǎn)生的各個(gè)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反射回光纖120。此后，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(jìn)行增益放大(諸如光強(qiáng)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光纖。

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(jìn)行處理，從而對光源發(fā)生增益裝置110產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量光源的線寬進(jìn)行循環(huán)壓縮，直至該預(yù)設(shè)量光源被第一濾波器130全部傳輸出去。由于每次線寬壓縮的過程，都會有部分光源被第一濾波器130傳輸出去，即隨著循環(huán)壓縮的進(jìn)行，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光源的光通量呈逐漸減少的趨勢，因此當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光源被第一濾波器130全部傳輸出去時(shí)，表示整個(gè)線寬循環(huán)壓縮過程結(jié)束。由于從預(yù)設(shè)量光源被傳輸至光纖到預(yù)設(shè)量光源被全部傳輸出去的時(shí)間非常短，且在線寬循環(huán)壓縮過程中最后輸出的該部分光源的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于之前輸出的光源的強(qiáng)度，因此最后輸出的該部分光源可以視為整個(gè)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(gè)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)生裝置可以輸出超窄線寬光源。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明采用光纖基于瑞利散射效應(yīng)對光源發(fā)生增益裝置產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量光源的線寬進(jìn)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，另一方面可以保證光纖基于瑞利散射效應(yīng)產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回光纖，以使沿著光纖傳輸給光源發(fā)生增益裝置進(jìn)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(jìn)行線寬循環(huán)壓縮，實(shí)現(xiàn)超窄線寬光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前超窄線寬光源發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想。

參見圖2，為本發(fā)明超窄線寬光源發(fā)生裝置的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2與圖1所示超窄線寬光源發(fā)生裝置的區(qū)別在于，還可以包括第二濾波器210，其中該光源發(fā)生增益裝置110可以依次通過第二濾波器210、光纖120連接第一濾波器130。

本實(shí)施例中，第二濾波器210的輸入信號可以被稱為輸入光源，輸出信號可以被稱為入射光(即光纖120的輸入信號)，光纖120產(chǎn)生并在其上傳輸?shù)男盘柨梢员环Q為瑞利散射信號。在產(chǎn)生超窄線寬光源時(shí)，光源發(fā)生增益裝置110可以產(chǎn)生預(yù)設(shè)量的光源并將預(yù)設(shè)量的光源作為輸入光源并傳輸給第二濾波器210。由于第二濾波器210具有透射和反射的特性，因此傳輸給第二濾波器210的輸入光源，一部分作為入射光被第二濾波器210傳輸至光纖120，另一部分被反射回光源發(fā)生增益裝置110進(jìn)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被傳輸給第二濾波器210。

光纖120在接收到入射光后，可以發(fā)生瑞利散射效應(yīng)，并可以基于瑞利散射效應(yīng)對入射光的線寬進(jìn)行壓縮，從而使瑞利散射效應(yīng)所產(chǎn)生的各個(gè)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反射回光纖120。此后，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(yīng)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210。此后，第二濾波器210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光纖120，另一部傳輸至光源發(fā)生增益裝置110進(jìn)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第二濾波器210。

第二濾波器210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(jìn)行處理，且光纖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(jìn)行處理，從而可以對光源發(fā)生增益裝置110產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量光源的線寬進(jìn)行循環(huán)壓縮，直至該預(yù)設(shè)量光源被第一濾波器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(shí)，將一部分輸入光源傳輸給光纖進(jìn)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(jìn)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光纖傳輸過來的瑞利散射信號時(shí)，將一部分瑞利散射信號作為入射光反射回光纖，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(jìn)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(shí)，提高線寬壓縮和增益放大的效率。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明采用光纖基于瑞利散射效應(yīng)對光源發(fā)生增益裝置產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量光源的線寬進(jìn)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，另一方面可以保證光纖基于瑞利散射效應(yīng)產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回光纖，以使沿著光纖傳輸給光源發(fā)生增益裝置進(jìn)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(jìn)行線寬循環(huán)壓縮，實(shí)現(xiàn)超窄線寬光源輸出，由于本發(fā)明所涉及的器件較少，因此相比于目前超窄線寬光源發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想。

參見圖3，為本發(fā)明超窄線寬光源發(fā)生裝置的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，以超窄線寬光源發(fā)生裝置產(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210可以為激光器DFB內(nèi)的光柵，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(shí)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(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和降低成本。

本實(shí)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(gè)縱模激光束的激光源，其中每個(gè)縱模的頻率范圍相等且各個(gè)縱模的頻率范圍可以構(gòu)成激光源的線寬。以預(yù)設(shè)量的激光源為例，增益介質(zhì)110可以將該預(yù)設(shè)量的激光源作為輸入光源傳輸給光柵210，由于光柵210具有透射和反射的特性，因此傳輸給光柵210的激光源，一部分作為入射光被光柵210傳輸給散射光纖120，另一部分被反射回增益介質(zhì)110進(jìn)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210。

由于當(dāng)光纖的粒子尺度遠(yuǎn)小于入射光源波長(通常小于入射光源波長十分之一)時(shí)，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，對光纖的材料進(jìn)行選擇，從而確定對應(yīng)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(yīng)，并基于瑞利散射效應(yīng)對入射光的線寬進(jìn)行壓縮，從而使瑞利散射效應(yīng)所產(chǎn)生的各個(gè)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。此后，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(yīng)產(chǎn)生的入射反方向上的瑞利散射信號，傳輸給光柵210。此后，光柵210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(jìn)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210。

光柵210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(jìn)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(jìn)行處理，從而可以對增益介質(zhì)110產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量激光源的線寬進(jìn)行循環(huán)壓縮，直至該預(yù)設(shè)量激光源被第一濾波器130全部傳輸出去。

由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明采用光纖基于瑞利散射效應(yīng)對激光器中增益介質(zhì)產(chǎn)生的預(yù)設(shè)量激光源的線寬進(jìn)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，另一方面可以保證光纖基于瑞利散射效應(yīng)產(chǎn)生的入射正方向上的部分瑞利散射信號被反射回光纖，以使沿著光纖傳輸給增益介質(zhì)進(jìn)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(jìn)行線寬循環(huán)壓縮，實(shí)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，因此相比于目前超窄線寬光源發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低，且線寬壓縮理想。

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(shí)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(yīng)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)，光纖基于入射光產(chǎn)生的瑞利散射信號的強(qiáng)弱由光纖材料和光纖長度決定，因此為了產(chǎn)生最優(yōu)的超窄線寬光源，需要對第一濾波器和第二濾波器的透射率和反射率，以及光纖材料和光纖長度進(jìn)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(yīng)用價(jià)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(shí)踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)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(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)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(shí)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(yīng)當(dāng)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(jìn)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。