前沿开展 华中科技大学舒学文团队：无形式的拉曼光纤激光器

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  近来，华中科技大学武汉光电国家研讨中心舒学文教授团队完成了一种无形式的拉曼光纤激光器(Raman fiber laser, RFL)。无形式的拉曼光纤激光器选用传统的谐振腔结构，可是输出腔镜选用了一个超低反光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）。在较高的功率水平下，激光器输出没有分立纵模的准接连光谱。

  泵浦源、增益物质和谐振腔是构成激光器的三要素。因为谐振腔对激射频率的挑选效果，多纵模工作是根据传统谐振腔结构的光纤激光器的特性之一，表现为射频(Radio Frequency, RF)谱上周期性的拍频峰和时域上强度序列的周期性动摇。谐振腔长决议了纵模之间的频率距离。

  但是，离散的多纵模结构为根据激光的使用带来了困扰。例如，在根据激光器的光学传感体系中，经过相移光栅等传感元件取得的单频信号峰在随温度、应变等传感参数发生频率移动时，只能在离散的纵模之间跳转而没办法完成接连的频移。因而，离散的纵模约束了这类光学传感器的最高分辩率。此外，在根据硬件加密技能的保密通讯中，谐振腔反应引进的光信号的时域周期性动摇会走漏激光腔的长度信息，下降保密光通讯的安全性。而在根据激光强度动摇的超高速随机比特序列生成中，时域强度周期动摇会导致信号重复，然后弱化了生成序列的随机性。优化激光光源的输出特性以满意快速地开展的科研和出产需求是一项严重而耐久的应战。

  团队建立的无形式RFL结构如图1所示。为了尽最大或许防止由泵浦源向拉曼激光的相对强度噪声传递，泵浦源选用研讨团队自己建立的ASE光源，中心波长1540 nm，最大输出功率10.3 W。输出光栅选用一个超低反FBG，反射率为-27 dB。

  激光纵模的状况经过RF谱来反映。图2(a)显现了在不同激光输出功率下试验丈量的所建立的拉曼激光器的RF谱。在低功率水平下，RF谱上具有十分显着的特征峰。但跟着Stokes波功率的增大，与腔长相关的周期性拍频峰逐步展宽而且峰的高度变小。当激光输出功率到达5.71 W时，RF谱上不再有可分辩的周期性拍频峰。这在某种程度上预示着激光的离散多纵模将跟着功率的添加而逐步展宽，并逐步掩盖纵模距离，终究纵模彻底堆叠。在这种状况下，RFL不再像传统激光器那样具有离散的纵模结构，而是发生类似于ASE光源的准接连光谱。

  研讨团队使用广义的非线性薛定谔方程对拉曼激光器中光场的演化进行了核算，得到的RFL的射频谱如图2(b)所示。仿真成果为，周期性的拍频峰跟着功率的添加逐步消失，与试验丈量成果根本共同。

  因为无形式的拉曼光纤激光器生成准接连的光谱，将其用于光学传感体系，能轻松完成接连的调频，然后显着提高光学传感器的分辩率。RF谱上拍频峰的消失意味着激光辐射不再有与谐振腔长对应的时域周期性，这在保密通讯、随机序列生成以及时域鬼成像范畴具有巨大的使用潜力。一起，与传统激光器比较，所建立的无形式拉曼光纤激光器具有低的相对强度噪声。这种新颖的输出特性也将为激光器的非线性现象研讨供给新的渠道。

  该研讨工作得到了国家重点研制方案项目、国家自然科学基金项目和H2020 MSCA RISE项目的赞助。

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