本發(fā)明屬于光纖激光技術領域，具體涉及一種基于傾斜光纖光柵的大功率隨機光纖激光器。

背景技術：

隨機光纖激光器利用長距離被動光纖中微弱的瑞利散射提供隨機分布式反饋，同時利用被動光纖中受激拉曼散射(SRS)的非線性效應提供增益，實現(xiàn)在“無諧振腔”、“無增益光纖”條件下的激光輸出。由于利用無序介質中的瑞利散射提供隨機反饋，不需要嚴格的諧振腔結構，隨機光纖激光器具有結構簡單、無縱模、轉換效率高、光譜平滑等特點，是激光技術領域的研究熱點。早期的隨機光纖激光研究主要面對通信、傳感、成像等領域，激光功率需求不高，一般在瓦級以內；近年來，隨著泵浦能力的提升和激光器參數(shù)的不斷優(yōu)化，隨機光纖激光器已經(jīng)實現(xiàn)百瓦級功率輸出，有望成為一種新型高功率光纖光源。

在早期的研究過程中，隨機光纖激光器中被動光纖的長度一般在數(shù)公里以上，以保證充足的分布式反饋。理論研究表明，隨機光纖激光器結構中長距離被動光纖使得高階拉曼光的閾值較低，因而輸出功率達到一定水平后，二階拉曼光會很快產生并導致一階拉曼光功率無法提升，這是目前隨機光纖激光輸出功率提升最主要的限制因素。二階拉曼光的產生還會降低激光器的光光轉換效率。為實現(xiàn)更高功率輸出，可以采用縮短光纖長度的辦法提高二階拉曼光的產生閾值，當前百瓦級以上高功率隨機光纖激光器一般都采用數(shù)百米長度的被動光纖。但縮短光纖長度會使得隨機分布式反饋減弱，同時也會提高激光器的出光閾值，增加了大功率輸出的難度。

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”結構隨機光纖激光器。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”結構，理論和實驗研究表明，“半開腔”結構可以降低出光閾值、提升激光器效率，并使得原本“全開腔”結構中雙向傳輸?shù)碾S機激光從單端光纖輸出，更加有利于實際應用。

然而，縮短被動光纖的長度和引入“半開腔”結構，都只能在一定程度上提高激光器的輸出功率，當功率提升到一定閾值后，依舊會產生二階拉曼光，進而限制激光器的輸出功率和效率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出基于傾斜光纖光柵的大功率隨機光纖激光器，突破傳統(tǒng)隨機光纖激光器中二階拉曼光的產生對激光器輸出功率的限制，進一步提升隨機光纖激光器的輸出功率。其基本思想是：基于傾斜光纖光柵特殊的折射率分布，將纖芯中傳輸?shù)亩A拉曼光耦合為反向傳輸?shù)陌鼘幽；蜉椛淠?，從而抑制二階拉曼光“起振”，突破二階拉曼光產生對激光器輸出功率的限制。大功率隨機光纖激光器基本組成包括：泵浦源、傾斜光纖光柵和被動光纖，泵浦源的輸出端與傾斜光纖光柵的一端采用熔接的方式加以連接，傾斜光纖光柵的另一端與被動光纖采用熔接的方式加以連接；被動光纖的另一端切斜角以抑制本端面反饋，并作為隨機激光的輸出端，泵浦源輸出端的光纖、刻寫傾斜光纖光柵所用的光纖與被動光纖一致。

現(xiàn)對各組成部分的特點描述如下：

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固體激光器。激光由光纖耦合輸出，光纖纖芯的直徑與被動光纖纖芯的直徑一致，光纖纖芯的數(shù)值孔徑與被動光纖纖芯的數(shù)值孔徑一致，激光的中心波長、線寬、偏振特性沒有特殊要求；輸出功率大于10瓦，以實現(xiàn)隨機光纖激光高功率輸出。

傾斜光纖光柵：刻寫在光纖中，該光纖與后文所述被動光纖的參數(shù)一致，光柵的工作線寬大于泵浦激光的線寬，光柵的工作波長λ₂對應泵浦激光的中心波長的二階拉曼光，可根據(jù)泵浦激光的中心波長λ₁以及下面的公式確定：λ＝λ₁+λ₁×λ₁×Δυ÷c,λ₂＝λ+λ×λ×Δυ÷c,其中Δυ＝13.2THz為石英基光纖中的拉曼頻移，c為光速。

被動光纖：常規(guī)的石英基光纖，由纖芯、包層和涂覆層組成。泵浦光和產生的激光在纖芯中傳輸，傳輸損耗小于1dB/公里。

所述大功率隨機光纖激光器的組成還可以包含波分復用器，波分復用器設置在泵浦源與傾斜光纖光柵之間。具體為：泵浦源的輸出端與波分復用器的泵浦端采用熔接的方式加以連接，波分復用器的公共端與傾斜光纖光柵的一端采用熔接的方式加以連接，傾斜光纖光柵的另一端與被動光纖采用熔接的方式加以連接；被動光纖的另一端切斜角以抑制端面反饋，并作為隨機激光的輸出端，波分復用器的信號端也是隨機激光的輸出端。泵浦源輸出端的光纖、刻寫傾斜光纖光柵所用的光纖、波分復用器泵浦端、信號端和公共端所用的光纖均與被動光纖一致。

與以往技術相比，本發(fā)明突破了二階拉曼效應引入的功率提升技術瓶頸，可實現(xiàn)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)明基于傾斜光纖光柵的大功率隨機光纖激光器的結構示意圖1，

圖2是本發(fā)明基于傾斜光纖光柵的大功率隨機光纖激光器的結構示意圖2。

具體實施方式

下面結合圖示對本發(fā)明進行進一步說明。圖1所示的大功率隨機光纖激光器包括泵浦源(2)、傾斜光纖光柵(3)和被動光纖(4)3個部分。其中泵浦源(2)的輸出端與傾斜光纖光柵(3)的一端采用熔接的方式加以連接，傾斜光纖光柵(3)的另一端與被動光纖(4)采用熔接的方式加以連接；被動光纖(4)的另一端切斜角以抑制端面反饋，并作為隨機激光的輸出端。泵浦源(2)輸出端的光纖、刻寫傾斜光纖光柵(3)所用的光纖與被動光纖(4)一致。圖中“x”表示熔接點，“\”表示切斜角。

圖2是大功率隨機光纖激光器的另一種實現(xiàn)方案，它包括泵浦源(2)、傾斜光纖光柵(3)和被動光纖(4)、波分復用器(5)4個部分。其中泵浦源(2)的輸出端與波分復用器(5)的泵浦端采用熔接的方式加以連接，波分復用器(5)的公共端與傾斜光纖光柵(3)的一端采用熔接的方式加以連接，傾斜光纖光柵(3)的另一端與被動光纖(4)采用熔接的方式加以連接；被動光纖(4)的另一端切斜角以抑制端面反饋，并作為隨機激光的輸出端，波分復用器(5)的信號端也是隨機激光的輸出端。泵浦源(2)輸出端的光纖、刻寫傾斜光纖光柵(3)所用的光纖、波分復用器(5)泵浦端、信號端和公共端所用的光纖均與被動光纖(4)一致。圖中“x”表示熔接點，“\”表示切斜角。

下面給出本發(fā)明兩種結構示意圖對應的具體實施例：

對于圖1所示的大功率隨機光纖激光器，泵浦源(2)為摻鐿光纖激光器，其輸出激光中心波長為1070nm，輸出功率為1000瓦，10dB線寬為5nm。泵浦源(2)的輸出端光纖為雙包層光纖，纖芯直徑為20μm，數(shù)值孔徑為0.06；經(jīng)過傾斜光纖光柵(3)后，1070nm激光約為980瓦(一般考慮2％左右的損耗)，傾斜光纖光柵(3)的工作波長為1178nm，10dB線寬為6nm；被動光纖(4)的長度為500米，傳輸損耗為0.3dB/公里，纖芯直徑為20μm，數(shù)值孔徑為0.06，輸出端切8度斜角。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一階拉曼光輸出；由于傾斜光纖光柵(3)的存在，1120nm一階拉曼光對應的1178nm二階拉曼光將會被轉換為包層?；蜉椛淠＃瑹o法在纖芯中傳輸，因此不會引發(fā)二階拉曼光“起振”?？紤]到1070nm激光到1120nm激光的量子虧損，理想情形下，激光的轉換效率可達95％；扣除傾斜光纖光柵的損耗以及光纖的傳輸損耗，可以獲得大于900瓦的隨機光纖激光輸出。高于目前公開報道的200瓦功率輸出這一隨機光纖激光的最高輸出功率值。

對于圖2所示的大功率隨機光纖激光器，泵浦源(2)為摻鐿光纖激光器，其輸出激光中心波長為1070nm，輸出功率為1000瓦，10dB線寬為5nm。泵浦源(2)的輸出端光纖為雙包層光纖，纖芯直徑為10μm，數(shù)值孔徑為0.12；經(jīng)過波分復用器(5)和傾斜光纖光柵(3)后，1070nm激光約為950瓦(一般考慮5％左右的損耗)，傾斜光纖光柵(3)的工作波長為1178nm，10dB線寬為6nm；波分復用器(5)的泵浦端工作波長為1070nm，工作線寬大于5nm，信號端工作波長為1120nm，工作線寬大于5nm，公共端能同時傳輸1070nm和1120nm的激光；被動光纖(4)的長度為300米，傳輸損耗為0.3dB/公里，纖芯直徑為10μm，數(shù)值孔徑為0.12，輸出端切8度斜角。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一階拉曼光輸出；由于傾斜光纖光柵(3)的存在，1120nm一階拉曼光對應的1178nm二階拉曼光將會被轉換為包層?；蜉椛淠＃瑹o法在纖芯中傳輸，因此不會引發(fā)二階拉曼光“起振”?？紤]到1070nm激光到1120nm激光的量子虧損，理想情形下，激光的轉換效率可達95％；扣除傾斜光纖光柵的損耗以及光纖的傳輸損耗，可以獲得大于900瓦的隨機光纖激光輸出。高于目前公開報道的200瓦功率輸出這一隨機光纖激光的最高輸出功率值。