本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，具體涉及一種偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器。

背景技術(shù)：

偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、散熱效果好、輸出耦合方便等優(yōu)點(diǎn)，在保密光通信、隨機(jī)比特源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的全光纖偏振隨機(jī)激光源主要利用繞偏器對(duì)光纖脈沖激光進(jìn)行隨機(jī)偏振處理。受繞偏器速度的限制，其帶寬較低。現(xiàn)階段暫無(wú)直接產(chǎn)生具有隨機(jī)偏振的光纖脈沖激光器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器，以解決目前脈沖激光器無(wú)法直接產(chǎn)生具有隨機(jī)偏振的激光的問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器，包括激光器、光束合成裝置、由串聯(lián)的正色散光纖和負(fù)色散光纖構(gòu)成的周期性色散分布光纖、超弱倏逝場(chǎng)光纖以及耦合器，所述激光器的輸出端連接所述光束合成裝置的第一輸入端，所述光束合成裝置的輸出端連接所述周期性色散分布光纖的第一端，所述周期性色散分布光纖的第二端通過(guò)所述超弱倏逝場(chǎng)光纖連接所述耦合器的輸入端，所述耦合器的第一輸出端連接所述光束合成裝置的第二輸出端，第二輸出端用于輸出偏振隨機(jī)激光；

利用所述周期性色散分布光纖的周期性色散特性，使激光產(chǎn)生參量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并利用所述超弱倏逝場(chǎng)光纖的非線(xiàn)性特性實(shí)現(xiàn)四波混頻，從而使所述耦合器的第二輸出端輸出所述偏振隨機(jī)激光。

在一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述光束合成裝置包括合束器、泵浦增益光纖和包層功率剝離器，其中所述合束器的第一輸入端連接所述激光器的輸出端，第二輸入端連接所述耦合器的第一輸出端，輸出端依次通過(guò)所述泵浦增益光纖和包層功率剝離器連接所述周期性色散分布光纖的第一端。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述泵浦增益光纖采用高功率雙包層餌鐿共摻光纖，利用基于所述合束器和高功率雙包層餌鐿共摻光纖的高功率雙包層泵浦技術(shù)，來(lái)提高所述耦合器第二輸出端輸出的激光的功率和重頻。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述包層功率剝離器與所述周期性色散分布光纖之間設(shè)置有偏振無(wú)關(guān)隔離器。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述周期性色散光纖與超弱倏逝場(chǎng)光纖之間設(shè)置有偏振控制器。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述超弱倏逝場(chǎng)光纖與所述耦合器之間設(shè)置有寬帶濾波器。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述超弱倏逝場(chǎng)光纖為以下三種結(jié)構(gòu)中的一種：

結(jié)構(gòu)一、所述超弱倏逝場(chǎng)光纖采用拉錐光纖，所述拉錐光纖表面吸附有可飽和吸收材料；所述拉錐光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)拉錐處理而得，拉錐光纖上的最小直徑大于15微米，拉錐光纖上的最大直徑小于30微米，拉錐光纖上的拉錐平衡區(qū)長(zhǎng)度大于1厘米；

所述超弱倏逝場(chǎng)光纖采用腐蝕光纖，所述腐蝕光纖表面吸附有可飽和吸收材料；所述腐蝕光纖為的包層經(jīng)部分腐蝕后的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖；

所述超弱倏逝場(chǎng)光纖采用光子晶體光纖，所述光子晶體光纖的內(nèi)孔壁上吸附有可飽和吸收材料。

在另一種可選的實(shí)現(xiàn)方式中，所述可飽和吸收材料采用石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)或拓?fù)浣^緣體。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過(guò)利用周期性色散分布光纖的周期性色散特性，可以使激光產(chǎn)生參量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并且利用超弱倏逝場(chǎng)光纖的非線(xiàn)性特性實(shí)現(xiàn)四波混頻，可以使耦合器的第二輸出端直接輸出偏振隨機(jī)激光，另外，本發(fā)明通過(guò)采用超弱倏逝場(chǎng)光纖，可以更快速地產(chǎn)生激光，并且可以實(shí)現(xiàn)在瓦量級(jí)光功率下也能正常運(yùn)行，產(chǎn)生超短的激光脈沖；

2、本發(fā)明并未采用單模的980/1550的波分復(fù)用器來(lái)引入泵浦光，而是使所述泵浦增益光纖為高功率雙包層餌鐿共摻光纖，利用基于所述合束器和高功率雙包層餌鐿共摻光纖的高功率雙包層泵浦技術(shù)，這樣不僅可以提高泵浦功率及效率，還可以提高所述耦合器第二輸出端輸出的激光的功率和重頻；

3、本發(fā)明通過(guò)增加偏振無(wú)關(guān)隔離器，可以實(shí)現(xiàn)激光腔內(nèi)的單向運(yùn)行；

4、本發(fā)明通過(guò)增加偏振控制器，可以?xún)?yōu)化整個(gè)激光腔的偏振狀態(tài)；

5、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置帶寬濾波器，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)激光腔的帶寬濾波，以滿(mǎn)足偏振隨機(jī)激光的輸出要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明偏振隨機(jī)光纖脈沖器的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí)施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

參見(jiàn)圖1，為本發(fā)明偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。該偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器可以包括激光器110、光束合成裝置120、由串聯(lián)的正色散光纖131和負(fù)色散光纖132構(gòu)成的周期性色散分布光纖130、超弱倏逝場(chǎng)光纖140以及耦合器150，所述激光器110的輸出端連接所述光束合成裝置120的第一輸入端，所述光束合成裝置120的輸出端連接所述周期性色散分布光纖130的第一端，所述周期性色散分布光纖130的第二端通過(guò)所述超弱倏逝場(chǎng)光纖140連接所述耦合器150的輸入端，所述耦合器150的第一輸出端連接所述光束合成裝置120的第二輸出端，第二輸出端用于輸出偏振隨機(jī)激光；利用所述周期性色散分布光纖130的周期性色散特性，使激光產(chǎn)生參量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并利用所述超弱倏逝場(chǎng)光纖140的非線(xiàn)性特性實(shí)現(xiàn)四波混頻，從而使耦合器150的第二輸出端輸出所述偏振隨機(jī)激光。

本實(shí)施例中，該激光器110可以具有強(qiáng)耗散性和高非線(xiàn)性，且其可以為980nm泵浦激光器，采用正向泵浦的方式，該耦合器150可以為單輸入雙輸出，且其第一輸出端和第二輸出端的光分比為：9:1；超弱倏逝場(chǎng)光纖140可以為以下三種結(jié)構(gòu)中的一種：

結(jié)構(gòu)一、所述超弱倏逝場(chǎng)光纖采用拉錐光纖，所述拉錐光纖表面吸附有可飽和吸收材料；所述拉錐光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)拉錐處理而得，拉錐光纖上的最小直徑大于15微米，拉錐光纖上的最大直徑小于30微米，拉錐光纖上的拉錐平衡區(qū)長(zhǎng)度大于1厘米。該結(jié)構(gòu)一的制作方法可以為：將標(biāo)準(zhǔn)單模光纖拉錐處理后浸泡在可飽和吸收材料溶液中，待可飽和吸收材料吸附到光纖表面后，將光纖取出置于真空箱內(nèi)干燥，待干燥完成后，該結(jié)構(gòu)一即制成。其中，光纖在溶液中浸泡的時(shí)間越長(zhǎng)，光纖表面附著的可飽和吸收材料的量就越多，附著的可飽和吸收材料越多，光纖損耗就越大，因此，在制作時(shí)，應(yīng)將光纖損耗控制在一定范圍，一種較為簡(jiǎn)單的控制手段是，將光纖的一端通入100mW的980nm激光，光纖的另一端接功率計(jì)，浸泡過(guò)程中，實(shí)時(shí)觀(guān)察功率計(jì)的讀數(shù)，當(dāng)光纖損耗達(dá)到1～3dB時(shí)，就應(yīng)停止浸泡操作。

結(jié)構(gòu)二、所述超弱倏逝場(chǎng)光纖采用腐蝕光纖，所述腐蝕光纖表面吸附有可飽和吸收材料；所述腐蝕光纖為的包層經(jīng)部分腐蝕后的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖。其中，所述腐蝕光纖由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖經(jīng)氫氟酸溶液腐蝕而得：標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的包層被氫氟酸溶液部分腐蝕，腐蝕后，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的直徑為20～40微米。該結(jié)構(gòu)二的制作方法可以為：將標(biāo)準(zhǔn)單模光纖腐蝕后浸泡在可飽和吸收材料溶液中，待可飽和吸收材料吸附到光纖表面后，將光纖取出置于真空箱內(nèi)干燥，待干燥完成后，該結(jié)構(gòu)二制成。其中，光纖在溶液中浸泡的時(shí)間越長(zhǎng)，光纖表面附著的可飽和吸收材料的量就越多，附著的可飽和吸收材料越多，光纖損耗就越大，因此，在制作時(shí)，應(yīng)將光纖損耗控制在一定范圍，一種較為簡(jiǎn)單的控制手段是，將光纖的一端通入100mW的980nm激光，光纖的另一端接功率計(jì)，浸泡過(guò)程中，實(shí)時(shí)觀(guān)察功率計(jì)的讀數(shù)，當(dāng)光纖損耗達(dá)到1～3dB時(shí)，就應(yīng)停止浸泡操作。另外，該腐蝕光纖的長(zhǎng)度可以為1至5厘米。

結(jié)構(gòu)三、所述超弱倏逝場(chǎng)光纖采用光子晶體光纖，所述光子晶體光纖的內(nèi)孔壁上吸附有可飽和吸收材料。其中，所述光子晶體光纖的型號(hào)為：大孔薄壁柚子型PCF(photonic crystal fiber，光子晶體光纖)。該結(jié)構(gòu)三的制作方法可以為：采用虹吸效應(yīng)，使可飽和吸收材料溶液填充到光子晶體光纖的空氣孔內(nèi)，然后將光纖置于真空箱內(nèi)干燥，待干燥完成后，該結(jié)構(gòu)三即制成。

需要注意的是：本發(fā)明中可飽和吸收材料可以采用石墨烯、碳納米管、量子點(diǎn)或拓?fù)浣^緣體，其中石墨烯可以為顆粒狀；所述碳納米管可以為顆粒狀(超短單壁碳納米管，直徑1-2nm,長(zhǎng)度1-3nm)；所述量子點(diǎn)為以MoS2為例，為黑色固體粉末；所述拓?fù)浣^緣體，以Sb2Te3為例，為晶體狀。此外，無(wú)論超弱倏逝場(chǎng)光纖為上述三種結(jié)構(gòu)中的哪種結(jié)構(gòu)，為了對(duì)超弱倏逝場(chǎng)光纖進(jìn)行保護(hù)，都可以在應(yīng)用時(shí)將該超弱倏逝場(chǎng)光纖封閉在密封的容器內(nèi)使用。另外，該光子晶體光纖的長(zhǎng)度可以為1至5厘米。

輸入至超弱倏逝場(chǎng)光纖140的泵浦光不僅可以在超弱倏逝場(chǎng)光纖140的非線(xiàn)性特性下實(shí)現(xiàn)四波混頻，而且泵浦光在進(jìn)入超弱倏逝場(chǎng)光纖140后，泵浦光并不是直接與可飽和吸收材料發(fā)生相互作用，而是只有微弱的倏逝場(chǎng)能夠突破光纖的模場(chǎng)束縛，與可飽和吸收材料發(fā)生相互作用。具體地，現(xiàn)有脈沖激光器中通常采用直接透射可飽和吸收材料的方式，即把可飽和吸收材料制成很薄的膜片貼敷在光纖的端面，但是由于受到模場(chǎng)面積的限制，瓦量級(jí)的光功率很容易燒壞可飽和吸收材料膜片。本專(zhuān)利通過(guò)采用超弱倏逝場(chǎng)光纖，將可飽和吸收材料吸附在光纖內(nèi)，而非光纖端面，可以使超弱倏逝場(chǎng)光纖具有超快的飽和吸收特性以及吸收恢復(fù)時(shí)間，這樣可以使超弱倏逝場(chǎng)光纖能夠主動(dòng)快速地調(diào)制激光腔內(nèi)的損耗，使原本相位隨機(jī)分布的各激光縱模實(shí)現(xiàn)相位鎖定，即便在瓦量級(jí)光功率下也能正常運(yùn)行，產(chǎn)生超短的激光脈沖。由此可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)采用超弱倏逝場(chǎng)光纖，可以更快速地產(chǎn)生激光，并且可以實(shí)現(xiàn)在瓦量級(jí)光功率下也能正常運(yùn)行，產(chǎn)生超短的激光脈沖。

由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)利用周期性色散分布光纖的周期性色散特性，可以使激光產(chǎn)生參量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并且利用超弱倏逝場(chǎng)光纖的非線(xiàn)性特性實(shí)現(xiàn)四波混頻，可以使耦合器的第二輸出端直接輸出偏振隨機(jī)激光。

參見(jiàn)圖2，為本發(fā)明偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2與圖1所示偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的區(qū)別在于，該光束合成裝置120可以包括合束器121、泵浦增益光纖122和包層功率剝離器123，其中所述合束器121的第一輸入端連接所述激光器110的輸出端，第二輸入端連接所述耦合器150的第一輸出端，輸出端依次通過(guò)所述泵浦增益光纖122和包層功率剝離器123連接所述周期性色散分布光纖130的第一端。

本實(shí)施例中，合束器為雙輸入單輸出。泵浦激光器110輸出980nm的連續(xù)激光首先被合束器121耦合到泵浦增益光纖122中，由泵浦增益光纖122進(jìn)行增益處理，然后傳輸給包層功率剝離器123，由包層功率剝離器123濾掉泵浦增益光纖122包層中的泵浦光。在進(jìn)行光束合成時(shí)，本發(fā)明并未采用單模的980/1550的波分復(fù)用器來(lái)引入泵浦光，而是使所述泵浦增益光纖為高功率雙包層餌鐿共摻光纖，利用基于所述合束器和高功率雙包層餌鐿共摻光纖的高功率雙包層泵浦技術(shù)，這樣不僅可以提高泵浦功率及效率，還可以提高所述耦合器第二輸出端輸出的激光的功率和重頻。

圖2與圖1所示偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的區(qū)別還在于，所述包層功率剝離器123與所述周期性色散分布光纖130之間設(shè)置有偏振無(wú)關(guān)隔離器210。本發(fā)明通過(guò)增加偏振無(wú)關(guān)隔離器，可以實(shí)現(xiàn)激光腔內(nèi)的單向運(yùn)行。

圖2與圖1所示偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的區(qū)別還在于，所述周期性色散光纖130與超弱倏逝場(chǎng)光纖140之間設(shè)置有偏振控制器220。本發(fā)明通過(guò)增加偏振控制器，可以?xún)?yōu)化整個(gè)激光腔的偏振狀態(tài)。

圖2與圖1所示偏振隨機(jī)光纖脈沖激光器的區(qū)別還在于，所述超弱倏逝場(chǎng)光纖140與所述耦合器150之間設(shè)置有寬帶濾波器230。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置帶寬濾波器，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)激光腔的帶寬濾波，以滿(mǎn)足偏振隨機(jī)激光的輸出要求。其中，該帶寬濾波器230可以為高功率帶寬濾波器，其濾波帶寬在15-25nm之間，并且能承受瓦量級(jí)以上的光功率。

由上述實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)利用周期性色散分布光纖的周期性色散特性，可以使激光產(chǎn)生參量不穩(wěn)定現(xiàn)象，并且利用超弱倏逝場(chǎng)光纖的非線(xiàn)性特性實(shí)現(xiàn)四波混頻，可以使耦合器的第二輸出端直接輸出偏振隨機(jī)激光。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說(shuō)明書(shū)及實(shí)踐這里公開(kāi)的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開(kāi)的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。