本发明涉及光纤放大器，特别是一种随机分布反馈单频拉曼光纤放大器。
背景技术：
光纤激光器具有光束质量好，效率高，结构紧凑和热管理方便等特点，在生物、医疗、工业、国防等领域得到广泛应用，逐渐成为技术领域的研究热点。单频光纤激光器由于线宽极窄，相干长度长等优点，在光纤传感、激光通讯和科学研究等领域具有广泛的应用前景。
以稀土离子掺杂的光纤作为增益介质的激光器可以获得单频激光输出。但是稀土离子掺杂光纤激光器、放大器的增益光纤中掺杂的稀土离子只在分立光谱区内有发射，因此稀土离子掺杂光纤激光器只能在有限的波段范围内运转。另外由于稀土离子的掺杂，存在光致暗化效应、较高的量子亏损等缺点，限制了稀土离子掺杂单频光纤激光器的进一步发展。
拉曼光纤激光器是一种特殊的光纤激光器，它利用光纤中的受激拉曼散射作为增益，最大的特点与优势是发射激光的波长范围宽，只要有合适波长的泵浦激光，可在光纤透明范围内任意波长产生激光。目前，泵浦激光都是传统的放大器或谐振腔结构，结构较为复杂，输出时域特性较差，噪声较大。
2010年，turitsyn等人在《naturephotonics》杂志上发表文章(参见s.k.turitsyn,s.a.babin,a.e.el-taher,etal.randomdistributedfeedbackfibrelaser.naturephoton,2010,4(4):231–235)，提出了随机分布反馈光纤激光器的概念。其工作机制是基于光纤本身瑞利散射带来的分布式随机反馈，如图6。瑞利散射是光纤中固有的因折射率微小起伏造成的，虽然瑞利散射系数较低，但在泵浦激光的作用下，经过长距离光纤中的积累仍能够具有较强的随机分布反馈，散射的光子也可以得到放大，从而实现光纤随机分布反馈激光输出。
由于随机光纤激光器结合了随机激光器和光纤激光器的特点，因此具有结构简单，可靠性更高，时域稳定、低噪声和设计更加灵活等优点(参见churkindv,sugavanams,vatnikid,etal.recentadvancesinfundamentalsandapplicationsofrandomfiberlasers.advancesinopticsandphotonics,2015,7(3:516-569))。
技术实现要素：
本发明是在上述现有技术的基础上，提出一种随机分布反馈单频拉曼光纤放大器。利用随机分布反馈光纤激光器作为泵浦激光，增益光纤同时提供拉曼放大增益和泵浦激光随机分布反馈，可以简化系统结构，提升单频拉曼光纤放大器的输出性能。
本发明的技术解决方案如下：
一种随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，其特点在于由第一波分复用器、增益光纤、泵浦激光器组成，所述的泵浦激光器是随机分布反馈光纤激光器，所述的增益光纤同时提供单频种子激光拉曼放大增益和泵浦激光的随机分布反馈，所述的增益光纤的一端与第一波分复用器连接，另一端和所述的随机分布反馈光纤激光器连接，所述的单频种子激光经所述的第一波分复用器在所述的增益光纤中传播，在所述的泵浦激光的泵浦作用下受激拉曼放大后输出。
还有第二波分复用器，该第二波分复用器位于所述的增益光纤和所述的随机分布反馈光纤激光器之间，第二波分复用器的一端与所述的增益光纤另一端相连，另一端与所述的随机分布反馈光纤激光器的输出端相连，所述的单频种子激光经所述的第一波分复用器在所述的增益光纤中传播，在所述的泵浦激光的泵浦作用下受激拉曼放大后经所述的第二波分复用器输出。
所述的单频种子激光经所述的第二波分复用器在所述的增益光纤中传播，在所述的泵浦激光的泵浦作用下受激拉曼放大后经所述的第一波分复用器输出。
所述的泵浦激光器为随机分布反馈稀土离子掺杂光纤激光器或随机分布反馈拉曼光纤激光器。
所述的增益光纤为石英光纤、磷酸盐光纤、硅酸盐光纤、碲酸盐光纤或氟化物光纤。
本发明的技术效果：
随机分布反馈光纤激光器具有结构更加简单，可靠性更高，时域稳定、低噪声和设计更加灵活等优点。本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器利用随机分布反馈光纤激光器作为泵浦激光，增益光纤同时提供拉曼放大增益和泵浦激光随机分布反馈，可以简化系统结构。同时利用随机分布反馈光纤激光器本身优异的输出特性，可以提升单频拉曼放大器的输出性能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
一、本发明通过采用随机分布反馈光纤激光器作为泵浦激光，与随机分布反馈单频拉曼光纤放大器共用增益光纤，结构上可以简化单频拉曼光纤放大器的系统结构，更有利于系统的集成和稳定运行。
二、本发明与现有技术匹配，利用随机分布反馈激光本身的时域稳定、低噪声等优点，可以提升单频拉曼光纤放大器的输出性能。
附图说明
图1(a)是本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器实施例1结构示意图。
图1(b)是本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器实施例2结构示意图。
图2是本发明泵浦激光器3--随机分布反馈光纤激光器之一结构示意图。
图3(a)是泵浦激光3为随机分布反馈稀土离子掺杂光纤激光器时结构。
图3(b)泵浦激光3为随机分布反馈拉曼光纤激光器时结构。
图4是本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器实例1结构示意图。
图5是本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器实例2结构示意图。
图6是现有随机分布反馈光纤激光器的工作机制示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1(a)和图1(b)。图1(a)和图1(b)是本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器的结构示意图，共有两种结构。由图1(a)可见，本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，由第一波分复用器1、增益光纤2、泵浦激光3和第二波分复用器4组成。增益光纤2的一端与第一波分复用器1连接，增益光纤2的另一端和第二波分复用器4的一端连接，所述的泵浦激光3与第二波分复用器4的另一端连接。外部单频种子激光5经所述的第一波分复用器1耦合进所述的增益光纤2，在泵浦激光3的泵浦作用下受激拉曼放大，放大后的拉曼信号光6经第二波分复用器4的一端输出；外部单频种子激光5也可经波分复用器4耦合进增益光纤2，在泵浦激光3的泵浦作用下受激拉曼放大，放大后的拉曼信号光6经第一波分复用器1的另一端输出。
由图1(b)可见，本发明随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，由第一波分复用器1、增益光纤2、泵浦激光3组成。增益光纤2的一端与第一波分复用器1连接，增益光纤2的另一端和泵浦激光3连接。低功率单频种子激光5经波分复用器1耦合进增益光纤2中，在所述的泵浦激光3的泵浦作用下受激拉曼放大，放大后的拉曼信号光6经所述的泵浦激光3输出。
所述的泵浦激光3为随机分布反馈稀土离子掺杂光纤激光器或随机分布反馈拉曼光纤激光器。
所述的泵浦激光3与随机分布反馈单频拉曼光纤放大器共用所述的增益光纤2。该增益光纤2一方面为拉曼放大器和泵浦激光提供拉曼增益，另一方面为泵浦激光3提供随机分布反馈。
所述的增益光纤2为石英光纤、磷酸盐光纤、硅酸盐光纤、碲酸盐光纤或氟化物光纤。
所述的泵浦激光3为随机分布反馈稀土离子掺杂光纤激光器时，其结构如图2。泵浦激光315经合束器314依次通过高反光栅313、稀土离子掺杂光纤312、泵浦滤除311和增益光纤2。其中增益光纤2既为泵浦激光3提供随机分布反馈，又作为随机分布反馈单频拉曼光纤放大器的增益光纤。产生的泵浦激光经32端口输出。
泵浦激光3为随机分布反馈稀土离子掺杂光纤激光器时，其结构也可以如图3(a)所示。泵浦激光315经合束器314依次通过高反光栅313、稀土离子掺杂光纤312、泵浦滤除311、第二波分复用器4和增益光纤2。其中增益光纤2既为泵浦激光3提供随机分布反馈，又作为随机分布反馈单频拉曼光纤放大器的增益光纤。产生的泵浦激光经32端口输出。
泵浦激光3也可以为随机分布反馈拉曼光纤激光器，其结构如图3(b)所示。317为稀土离子掺杂光纤激光器或拉曼光纤激光器，其作为随机分布反馈拉曼光纤激光器的泵浦激光。通过高反光栅316后，经过第二波分复用器4耦合进增益光纤2中。其中增益光纤2既为泵浦激光3提供随机分布反馈，又作为随机分布反馈单频拉曼光纤放大器的增益光纤。产生的泵浦激光经32端口输出。
下面给出本发明两个具体实施例：
实施例1，1120nm随机分布反馈单频拉曼光纤放大器。
该实施例参阅图4。976nm泵浦激光315经过合束器314通过1064nm高反光栅313。1064nm高反光栅313与单模掺镱光纤312连接。泵浦滤除311用于滤除剩余的976nm泵浦激光。然后与单模石英基质的增益光纤2连接。增益光纤2既为1064nm泵浦激光3提供随机分布反馈，又作为随机分布反馈单频拉曼光纤放大器的增益光纤对1120nm种子激光5进行放大。所述的1120nm种子激光5经第一波分复用器1进入单模石英基质的增益光纤2进行放大，放大后的1120nm单频拉曼激光6经过合束器314的信号纤33端口输出。
实施例2，1178nm随机分布反馈单频拉曼光纤放大器
该实施例参阅图5。1064nm光纤激光器317通过1120nm高反光栅316。然后通过1120/1178nm第二波分复用器4耦合进单模石英基质的增益光纤2。增益光纤2既为1120nm泵浦激光3提供随机分布反馈，又作为随机分布反馈单频拉曼光纤放大器的增益光纤对1178nm种子激光5进行放大。1178nm种子激光5经所述的第一波分复用器1进入单模石英基质的增益光纤2进行放大，放大后的1178nm单频拉曼激光6经1120/1178nm波分复用器4的41端口输出。
1.一种随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，其特征在于由第一波分复用器(1)、增益光纤(2)、泵浦激光器(3)组成，所述的泵浦激光器(3)是随机分布反馈光纤激光器，所述的增益光纤(2)同时提供单频种子激光(5)拉曼放大增益和泵浦激光的随机分布反馈，所述的增益光纤(2)的一端与第一波分复用器(1)连接，另一端和所述的随机分布反馈光纤激光器(3)连接，所述的单频种子激光(5)经所述的第一波分复用器(1)在所述的增益光纤(2)中传播，在所述的泵浦激光(3)的泵浦作用下受激拉曼放大后输出。
2.根据权利要求1所述的随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，其特征在于，还有第二波分复用器(4)，该第二波分复用器(4)位于所述的增益光纤(2)和所述的随机分布反馈光纤激光器(3)之间，一端与所述的增益光纤(2)另一端相连，另一端与所述的随机分布反馈光纤激光器(3)的输出端相连，所述的单频种子激光(5)经所述的第一波分复用器(1)在所述的增益光纤(2)中传播，在所述的泵浦激光(3)的泵浦作用下受激拉曼放大后经所述的第二波分复用器(4)输出。
3.根据权利要求2所述的随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，其特征在于所述的单频种子激光(5)经所述的第二波分复用器(4)在所述的增益光纤(2)中传播，在所述的泵浦激光(3)的泵浦作用下受激拉曼放大后经所述的第一波分复用器(1)输出。
4.根据权利要求1和2所述的随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，其特征在于所述的泵浦激光器(3)为随机分布反馈稀土离子掺杂光纤激光器或随机分布反馈拉曼光纤激光器。
5.根据权利要求1和2所述的随机分布反馈单频拉曼光纤放大器，其特征在于所述的增益光纤(3)为石英光纤、磷酸盐光纤、硅酸盐光纤、碲酸盐光纤或氟化物光纤。
技术总结