本發(fā)明屬于光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于載氫光纖的大功率隨機(jī)光纖激光器。

背景技術(shù)：

隨機(jī)光纖激光器利用長(zhǎng)距離被動(dòng)光纖中微弱的瑞利散射提供隨機(jī)分布式反饋，同時(shí)利用被動(dòng)光纖中受激拉曼散射(SRS)的非線性效應(yīng)提供增益，實(shí)現(xiàn)在“無(wú)諧振腔”、“無(wú)增益光纖”條件下的激光輸出。由于利用無(wú)序介質(zhì)中的瑞利散射提供隨機(jī)反饋，不需要嚴(yán)格的諧振腔結(jié)構(gòu)，隨機(jī)光纖激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)縱模、轉(zhuǎn)換效率高、光譜平滑等特點(diǎn)，是激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。早期的隨機(jī)光纖激光研究主要面對(duì)通信、傳感、成像等領(lǐng)域，激光功率需求不高，一般在瓦級(jí)以內(nèi)；近年來(lái)，隨著泵浦能力的提升和激光器參數(shù)的不斷優(yōu)化，隨機(jī)光纖激光器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)百瓦級(jí)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(guò)程中，隨機(jī)光纖激光器中被動(dòng)光纖的長(zhǎng)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(jī)光纖激光器結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)距離被動(dòng)光纖使得高階拉曼光的閾值較低，因而輸出功率達(dá)到一定水平后，二階拉曼光會(huì)很快產(chǎn)生并導(dǎo)致一階拉曼光功率無(wú)法提升，這是目前隨機(jī)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(chǎn)生還會(huì)降低激光器的光光轉(zhuǎn)換效率。為實(shí)現(xiàn)更高功率輸出，可以采用縮短光纖長(zhǎng)度的辦法，當(dāng)前百瓦級(jí)以上高功率隨機(jī)光纖激光器一般都采用數(shù)百米長(zhǎng)度的被動(dòng)光纖。但縮短光纖長(zhǎng)度而不采取其他的技術(shù)手段，會(huì)使得隨機(jī)分布式反饋減弱，提高激光器的出光閾值，增加了大功率輸出的難度。因此，如果能夠提高光纖自身的瑞利散射強(qiáng)度同時(shí)不引入附加損耗，則有望進(jìn)一步縮短光纖長(zhǎng)度并保持隨機(jī)分布式反饋的強(qiáng)度，從而提高隨機(jī)光纖激光器的輸出功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出基于光纖載氫技術(shù)的大功率隨機(jī)光纖激光器實(shí)現(xiàn)方案，以進(jìn)一步提升隨機(jī)光纖激光器的輸出功率。其基本思想是：將被動(dòng)光纖放置在高壓氫氣鋼瓶中長(zhǎng)時(shí)間方式以實(shí)施載氫，讓氫分子擴(kuò)散至光纖纖芯中，再運(yùn)用紫外激光輻照載氫后的光纖，增加光纖的瑞利散射。在此基礎(chǔ)上，可以用較短長(zhǎng)度的光纖保持較強(qiáng)的隨機(jī)分布式反饋，同時(shí)并未提高激光器的出光閾值，突破了僅僅縮短光纖長(zhǎng)度帶來(lái)的技術(shù)瓶頸。需要說(shuō)明的是，被動(dòng)光纖的載氫過(guò)程是制備光纖光柵的標(biāo)準(zhǔn)步驟，已經(jīng)非常成熟，可以在已有的光纖光柵制備系統(tǒng)中直接操作。

一種基于載氫光纖的大功率隨機(jī)光纖激光器包括：泵浦源和被動(dòng)光纖，其中泵浦源的輸出端與被動(dòng)光纖采用熔接的方式加以連接；被動(dòng)光纖的另一端切斜角以抑制本端面反饋，并作為隨機(jī)激光的輸出端，泵浦源輸出端的光纖與被動(dòng)光纖一致；

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(dǎo)體激光器或固體激光器。激光由光纖耦合輸出，光纖纖芯的直徑與后文所述被動(dòng)光纖纖芯的直徑一致，光纖纖芯的數(shù)值孔徑與后文所述被動(dòng)光纖纖芯的數(shù)值孔徑一致，激光的中心波長(zhǎng)、線寬、偏振等特性沒(méi)有特殊要求；輸出功率大于10瓦，以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)光纖激光高功率輸出；

被動(dòng)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(chǎn)生的激光在纖芯中傳輸。被動(dòng)光纖放置在高壓氫氣鋼瓶中長(zhǎng)時(shí)間方式以實(shí)施載氫，讓氫分子擴(kuò)散至光纖纖芯中，再運(yùn)用紫外激光輻照載氫后的光纖，增加光纖的瑞利散射；

所述基于載氫光纖的大功率隨機(jī)光纖激光器，還可包括波分復(fù)用器，設(shè)置在泵浦源和被動(dòng)光纖之間，具體為：泵浦源的輸出端與波分復(fù)用器的泵浦端采用熔接的方式加以連接，波分復(fù)用器的公共端與被動(dòng)光纖采用熔接的方式加以連接；被動(dòng)光纖的另一端切斜角以抑制端面反饋，并作為隨機(jī)激光的輸出端，波分復(fù)用器的信號(hào)端也是隨機(jī)激光的輸出端，泵浦源輸出端的光纖、波分復(fù)用器泵浦端、信號(hào)端和公共端所用的光纖均與被動(dòng)光纖一致。

與以往技術(shù)相比，本發(fā)明突破了僅僅縮短光纖長(zhǎng)度引入的功率提升技術(shù)瓶頸，可實(shí)現(xiàn)更高功率輸出，具有先進(jìn)性和實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于載氫光纖的大功率隨機(jī)光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖1，

圖2是本發(fā)明基于載氫光纖的大功率隨機(jī)光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖2。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖示對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。圖1所示的大功率隨機(jī)光纖激光器包括泵浦源(2)和載氫后的被動(dòng)光纖(3)等2個(gè)部分。其中泵浦源(2)的輸出端與被動(dòng)光纖(3)采用熔接的方式加以連接；被動(dòng)光纖(3)的另一端切斜角以抑制端面反饋，并作為隨機(jī)激光的輸出端。泵浦源(2)輸出端的光纖與被動(dòng)光纖(3)一致。圖中“x”表示熔接點(diǎn)，“\”表示切斜角。

圖2是大功率隨機(jī)光纖激光器的另一種實(shí)現(xiàn)方案，它包括泵浦源(2)、被動(dòng)光纖(3)和波分復(fù)用器(4)等3個(gè)部分。其中泵浦源(2)的輸出端與波分復(fù)用器(4)的泵浦端采用熔接的方式加以連接，波分復(fù)用器(4)的公共端與被動(dòng)光纖(3)采用熔接的方式加以連接；被動(dòng)光纖(3)的另一端切斜角以抑制端面反饋，并作為隨機(jī)激光的輸出端，波分復(fù)用器(4)的信號(hào)端也是隨機(jī)激光的輸出端。泵浦源(2)輸出端的光纖、波分復(fù)用器(4)泵浦端、信號(hào)端和公共端所用的光纖均與被動(dòng)光纖(3)一致。圖中“x”表示熔接點(diǎn)，“\”表示切斜角。

下面給出本發(fā)明兩種結(jié)構(gòu)示意圖對(duì)應(yīng)的具體實(shí)施例：

對(duì)于圖1所示的大功率隨機(jī)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(zhǎng)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；被動(dòng)光纖(3)的纖芯直徑為20μm，數(shù)值孔徑為0.06，輸出端切8度斜角；在先技術(shù)研究表明，被動(dòng)光纖載氫后，瑞利散射系數(shù)可以增加一個(gè)量級(jí)，因此使用100米的被動(dòng)光纖既可以保證瑞利散射提供的隨機(jī)分布式反饋，可實(shí)現(xiàn)1120nm一階拉曼光輸出?？紤]到1070nm激光到1120nm激光的量子虧損，理想情形下，激光的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95％；扣除光纖的傳輸損耗，可以獲得大于900瓦的隨機(jī)光纖激光輸出。高于目前公開(kāi)報(bào)道的200瓦功率輸出這一隨機(jī)光纖激光的最高輸出功率值。

對(duì)于圖2所示的大功率隨機(jī)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(zhǎng)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(guò)波分復(fù)用器(4)后，1070nm激光約為950瓦(一般考慮5％左右的損耗)，波分復(fù)用器的泵浦端工作波長(zhǎng)為1070nm，工作線寬大于5nm，信號(hào)端工作波長(zhǎng)為1120nm，工作線寬大于5nm，公共端能同時(shí)傳輸1070nm和1120nm的激光；被動(dòng)光纖(4)的長(zhǎng)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。在先技術(shù)研究表明，被動(dòng)光纖載氫后，瑞利散射系數(shù)可以增加一個(gè)量級(jí)，因此使用50米的被動(dòng)光纖既可以保證瑞利散射提供的隨機(jī)分布式反饋，可實(shí)現(xiàn)1120nm一階拉曼光輸出?？紤]到1070nm激光到1120nm激光的量子虧損，理想情形下，激光的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95％；扣除光纖的傳輸損耗，可以獲得大于900瓦的隨機(jī)光纖激光輸出。高于目前公開(kāi)報(bào)道的200瓦功率輸出這一隨機(jī)光纖激光的最高輸出功率值。