基于随机光纤光栅的窄线宽随机光纤激光器
发布时间：2021-10-11 08:49
为实现低起振阈值、高斜率效率的短腔窄线宽随机激光输出,提出一种基于随机分布光栅阵列的窄线宽随机光纤激光器。基于随机分布光栅阵列的随机光栅可有效提升随机光纤激光器的起振阈值与泵浦功率。在满足光局域化的前提下,利用随机光纤光栅超窄反射峰搭建超窄线宽随机光纤激光器,该激光器实现了1.33 kHz的窄线宽随机激光输出,起振阈值为24.5 mW,斜率效率约为10%,且激光输出功率与中心波长处于稳定状态。与其他激光器相比,所提激光器具有更低的起振阈值、更高的斜率效率、更短的腔长及相对简单的结构,有望在光通信、高功率窄线宽光纤激光器、光纤传感等领域得到进一步应用。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
随机光纤光栅的仿真反射谱
刻写完成后,采用自发辐射光源和光谱分析仪(AQ6370D,YOKOGAWA公司)对随机光纤光栅的透射谱与反射谱进行测量,测量结果如图2(b)所示。在透射谱中可以看出,光栅的平均反射率约为85%,谱中存在一个较为锐利的强透射峰,其形成机理是随机光栅中形成了多个法布里-珀罗(F-P)腔,若干个F-P腔干涉谱的交叠会产生非常锐利的透射峰,这为产生窄线宽随机激光提供了可能。与仿真结果对比,实验中所得透、反射谱的干涉峰相对较少,因为光谱仪的最小分辨率为0.02 nm,无法分辨更精细的干涉峰。现有的随机光纤激光器中窄线宽输出主要依靠随机反馈对线宽的压缩作用,因此随机反馈的强度决定了激光器起振阈值与斜率效率。基于单点刻写折射率畸变点的随机光纤光栅的瑞利散射反馈强度较弱,导致激光起振阈值相对较低。所提方案利用了多个随机F-P腔干涉叠加产生锐利反射峰的滤波效应,刻写的单个光栅的反射率更高,可以通过干涉叠加形成强度较高的锐利反射峰,进而降低了激光器的起振阈值,提高了斜率效率。3 激光器性能与分析
传统的基于随机光纤光栅的随机激光器采用直腔的结构,且光栅刻写在掺铒光纤上,导致激光器容易受温度影响,激光输出较不稳定。而所提激光器采用环腔结构,且随机光栅刻写在单模光纤(SMF)上,缓解了腔内的温度效应,激光器结构如图3(a)所示。激光器的泵浦源为980 nm半导体激光器(LD),激光经1550 nm/980 nm波分复用器(WDM)传输到一段长度为1.35 m且掺杂浓度为80 dB/m的掺铒光纤(EDF;EDF80,OFS OPTICS公司)中产生受激辐射;光再经环形器进入随机分布光栅阵列中,再通过随机反馈回到环腔中形成振荡,最终由90/10耦合器的10%端口输出随机激光。结合器件尾纤长度,整体腔长约为4.44 m。由光谱分析仪采集随机激光输出,并对其光谱特征进行分析。当激光器工作时,随机光纤光栅内形成多个F-P干涉,干涉谱进行交叠产生锐利的反射峰,为腔内的激光提供随机反馈。由于随机光栅的透射谱中形成了强度差较大的锐利的强透射峰,为激光器稳定的单波长输出提供了条件,不需要额外的滤波器来稳定激光输出。当功率大于阈值24.5 mW时,腔内的增益大于损耗,随机激光起振,输出激光的光谱如图3(b)所示。激光输出功率与泵浦功率的关系如图4(a)所示,当泵浦功率超过阈值后,输出功率呈线性增长趋势,斜率效率约为10.05%,插图展示的是在起振阈值附近更细节的输出功率变化情况。对比一般的基于随机光纤光栅的激光器[3],所提激光器起振阈值偏高且斜率效率偏低的原因可能是环腔中90/10耦合器与环形器带来的插损。与现有的窄线宽随机光纤激光器相比,所提激光器起振阈值得到降低,斜率效率得到提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤随机激光器及其应用研究进展[J]. 饶云江. 光子学报. 2019(11)
[2]Near-diffraction-limited linearly polarized narrow-linewidth random fiber laser with record kilowatt output[J]. JIANGMING XU,LONG HUANG,MAN JIANG,JUN YE,PENGFEI MA,JINYONG LENG,JIAN WU,HANWEI ZHANG,PU ZHOU. Photonics Research. 2017(04)
[3]基于全光栅光纤的超窄线宽随机光纤激光器[J]. 许儒泉,郭会勇,黎威,梁磊. 中国激光. 2016(12)
本文编号：3430189
【文章来源】：光学学报. 2020,40(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
随机光纤光栅的仿真反射谱
刻写完成后,采用自发辐射光源和光谱分析仪(AQ6370D,YOKOGAWA公司)对随机光纤光栅的透射谱与反射谱进行测量,测量结果如图2(b)所示。在透射谱中可以看出,光栅的平均反射率约为85%,谱中存在一个较为锐利的强透射峰,其形成机理是随机光栅中形成了多个法布里-珀罗(F-P)腔,若干个F-P腔干涉谱的交叠会产生非常锐利的透射峰,这为产生窄线宽随机激光提供了可能。与仿真结果对比,实验中所得透、反射谱的干涉峰相对较少,因为光谱仪的最小分辨率为0.02 nm,无法分辨更精细的干涉峰。现有的随机光纤激光器中窄线宽输出主要依靠随机反馈对线宽的压缩作用,因此随机反馈的强度决定了激光器起振阈值与斜率效率。基于单点刻写折射率畸变点的随机光纤光栅的瑞利散射反馈强度较弱,导致激光起振阈值相对较低。所提方案利用了多个随机F-P腔干涉叠加产生锐利反射峰的滤波效应,刻写的单个光栅的反射率更高,可以通过干涉叠加形成强度较高的锐利反射峰,进而降低了激光器的起振阈值,提高了斜率效率。3 激光器性能与分析
传统的基于随机光纤光栅的随机激光器采用直腔的结构,且光栅刻写在掺铒光纤上,导致激光器容易受温度影响,激光输出较不稳定。而所提激光器采用环腔结构,且随机光栅刻写在单模光纤(SMF)上,缓解了腔内的温度效应,激光器结构如图3(a)所示。激光器的泵浦源为980 nm半导体激光器(LD),激光经1550 nm/980 nm波分复用器(WDM)传输到一段长度为1.35 m且掺杂浓度为80 dB/m的掺铒光纤(EDF;EDF80,OFS OPTICS公司)中产生受激辐射;光再经环形器进入随机分布光栅阵列中,再通过随机反馈回到环腔中形成振荡,最终由90/10耦合器的10%端口输出随机激光。结合器件尾纤长度,整体腔长约为4.44 m。由光谱分析仪采集随机激光输出,并对其光谱特征进行分析。当激光器工作时,随机光纤光栅内形成多个F-P干涉,干涉谱进行交叠产生锐利的反射峰,为腔内的激光提供随机反馈。由于随机光栅的透射谱中形成了强度差较大的锐利的强透射峰,为激光器稳定的单波长输出提供了条件,不需要额外的滤波器来稳定激光输出。当功率大于阈值24.5 mW时,腔内的增益大于损耗,随机激光起振,输出激光的光谱如图3(b)所示。激光输出功率与泵浦功率的关系如图4(a)所示,当泵浦功率超过阈值后,输出功率呈线性增长趋势,斜率效率约为10.05%,插图展示的是在起振阈值附近更细节的输出功率变化情况。对比一般的基于随机光纤光栅的激光器[3],所提激光器起振阈值偏高且斜率效率偏低的原因可能是环腔中90/10耦合器与环形器带来的插损。与现有的窄线宽随机光纤激光器相比,所提激光器起振阈值得到降低,斜率效率得到提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光纤随机激光器及其应用研究进展[J]. 饶云江. 光子学报. 2019(11)
[2]Near-diffraction-limited linearly polarized narrow-linewidth random fiber laser with record kilowatt output[J]. JIANGMING XU,LONG HUANG,MAN JIANG,JUN YE,PENGFEI MA,JINYONG LENG,JIAN WU,HANWEI ZHANG,PU ZHOU. Photonics Research. 2017(04)
[3]基于全光栅光纤的超窄线宽随机光纤激光器[J]. 许儒泉,郭会勇,黎威,梁磊. 中国激光. 2016(12)
本文编号：3430189
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3430189.html
