CN102931574B - 单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器。该放大器由单频纳秒脉冲激光种子源（1）、隔离器（2）、激光延迟装置（3）、泵浦激光器（4）、信号/泵浦激光合束装置（5）和传能光纤（6）依次通过光纤熔接机接成一体。本发明引入纳秒脉冲激光作为种子源和泵浦源，消除了受激布里渊散射（SBS）效应对输出功率的限制，具有窄线宽、窄脉宽、高峰值功率、增益波长灵活、放大的自发辐射噪声低、结构简单等优点，具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及是一种单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器，该放大器是具有窄线宽、窄脉宽、高峰值功率、增益波长灵活、放大的自发辐射噪声低、结构简单等优点的全光纤放大器。
技术背景
激光雷达、激光导星、大气遥感、激光显示、非线性频率转换及引力波探测等领域需要特殊波长的单频激光光源。直接利用增益介质受激辐射获得的激光放大器输出只占整个光谱范围内较小部分，一些特殊波段的激光输出无法通过该方式得到放大。光纤放大器具有光束质量好、转换效率高、热管理方便和结构紧凑等优点，成为激光领域的研究热点。光纤中容易产生受激布里渊散射（SBS）效应和受激拉曼散射（SRS）等非线性效应，SRS的增益谱较宽（达40THz）和增益波长灵活的优点，拉曼放大器在很宽的波长范围内只要有合适的抽运源就可以得到目标波长输出，是获得特殊波长激光的理想解决方案。然而，由于在单频连续光纤激光中，SBS阈值远低于SRS阈值，SBS限制了单频拉曼放大器的最大输出功率，甚至会造成器件损坏。一般需要通过给光纤施加应力等方法对SBS进行抑制，但是这些方法技术难度大，激光放大系统过于复杂。由于SRS的作用时间远小于SBS的作用时间——约10ns，对于脉冲宽度为几个纳秒的窄线宽脉冲激光，SBS阈值将大幅度提高，而SRS阈值却不受影响，只要选择合适参数的激光就能使SBS阈值甚至会高于SRS阈值。因此，在一定条件下，采用纳秒脉冲激光作为激光种子，可以消除SBS的影响。
发明内容
本发明旨在克服连续拉曼放大器现有技术的不足，提供一种单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器，该放大器应具有窄线宽、窄脉宽、高峰值功率、增益波长灵活、放大的自发辐射噪声低和结构简单的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器，其构成依次包括单频纳秒脉冲激光种子源、隔离器、激光延迟装置、泵浦激光器、信号/泵浦激光合束装置和传能光纤。
所述的单频脉冲激光种子源脉宽<10 ns，线宽<200 MHz，可以是调Q激光器，或者是腔外强度调制激光器。
所述激光延迟装置可以是一定长度的传能光纤或者光纤延迟线装置。
所述泵浦激光器为宽谱脉冲激光器，频谱宽度>0.1 nm，脉冲宽度和重复频率与种子源相等，峰值功率大于受激拉曼散射阈值，泵浦激光的中心波长（λ2）和种子源中心波长（λ1）满足关系式：nm，式中Δv为拉曼增益系数的最大值对应的频移，c为真空中的光速。
所述信号/泵浦激光合束装置是波分复用器或者合束器。
所述传能光纤是单包层光纤或者双包层光纤。
本发明的工作工程是：
单频纳秒脉冲激光种子源发出的种子光先经过隔离器，再经过激光延迟装置，最后从信号/泵浦激光合束装置的信号端进入传能光纤，泵浦激光器发出的泵浦光从信号/泵浦激光合束装置的泵浦端进入传能光纤。通过调节激光延迟装置使种子脉冲和泵浦脉冲在进入传能光纤时在时域上同步。由于泵浦激光的峰值功率超过了SRS阈值，光纤中的粒子将会跃迁到虚能级，而种子激光由于其波长在SRS增益谱内，将会得到放大。
本发明的技术效果：
本发明引入纳秒脉冲激光作为种子源和泵浦源，消除了SBS对输出功率的限制。和连续激光拉曼放大器相比，其结构简单、易于实现，具有很大的实用价值。
附图说明
图1为本发明单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器的结构示意图。由图可见，本发明单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器的构成依次包括单频纳秒脉冲激光种子源1、隔离器2、激光延迟装置3、泵浦激光器4、信号/泵浦激光合束装置5和传能光纤6，依次通过光纤熔接机接成一体。
本发明的工作工程是：
单频纳秒脉冲激光种子源发出的种子光先经过隔离器，再经过激光延迟装置，最后从信号/泵浦激光合束装置的信号端进入传能光纤，泵浦激光器发出的泵浦光从信号/泵浦激光合束装置的泵浦端进入传能光纤。通过调节激光延迟装置使种子脉冲和泵浦脉冲在进入传能光纤时在时域上同步。由于泵浦激光的峰值功率超过了SRS阈值，光纤中的粒子将会跃迁到虚能级，而种子激光由于其波长在SRS增益谱内，将会得到放大。
下面举两个具体实施例子介绍如下：
例子1，请参阅图1，单频纳秒脉冲激光种子源1中心波长为1120 nm，重复频率为 1 MHz，脉冲宽度为5 ns，频谱宽度<150 MHz。泵浦激光器4中心波长为1070±10 nm，重复频率为 1 MHz，脉冲宽度为5 ns，频谱宽度>0.1 nm，脉冲光峰值功率>90 W。信号/泵浦激光合束装置5为1120 nm/1060-1080nm波分复用器。传能光纤6长度为100 m，纤芯直径为6.5 ± 1.0 μm，光纤的损耗<0.3 dB/km。
例子2，请参阅图1，单频纳秒脉冲激光种子源1中心波长为1178 nm，重复频率为500 kHz，脉冲宽度为5 ns，频谱宽度<150 MHz。泵浦激光器4中心波长为1120±10 nm，重复频率为 1 MHz，脉冲宽度为5 ns，频谱宽度>0.1 nm，脉冲光峰值功率>30 W。信号/泵浦激光合束装置5为1178 nm/1110-1130nm波分复用器。传能光纤6长度为300 m，纤芯直径为6.5 ± 1.0 μm，光纤的损耗<0.3 dB/km.
Claims (1)
1.单频纳秒脉冲光纤拉曼放大器，包括单频纳秒脉冲激光种子源（1）、隔离器（2）、激光延迟装置（3）、泵浦激光器（4）、信号/泵浦激光合束装置（5）和传能光纤（6），单频纳秒脉冲激光种子源（1）、隔离器（2）、激光延迟装置（3）、泵浦激光器（4）、信号/泵浦激光合束装置（5）和传能光纤（6）依次通过光纤熔接机接成一体，其特征在于：
所述的单频脉冲激光种子源（1）脉宽<10 ns，线宽<200 MHz，是调Q激光器，或者是腔外强度调制激光器；
所述泵浦激光器（4）为宽谱脉冲激光器，频谱宽度>0.1 nm，脉冲宽度和重复频率与种子源相等，峰值功率大于受激拉曼散射阈值，泵浦激光的中心波长λ2和种子源中心波长λ1满足关系式： nm，式中为拉曼增益系数的最大值对应的频移，c为真空中的光速；
单频纳秒脉冲激光种子源发出的种子光先经过隔离器，再经过激光延迟装置，最后从信号/泵浦激光合束装置的信号端进入传能光纤，泵浦激光器发出的泵浦光从信号/泵浦激光合束装置的泵浦端进入传能光纤，通过调节激光延迟装置使种子脉冲和泵浦脉冲在进入传能光纤时在时域上同步，由于泵浦激光的峰值功率超过了SRS阈值，光纤中的粒子将会跃迁到虚能级，而种子激光由于其波长在SRS增益谱内，将会得到放大，利用脉宽<10 ns的脉冲激光作为信号光和泵浦激光，消除了SBS对输出功率的限制。
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