一种随机光纤激光产生系统的制作方法

本实用新型属于强激光和非线性光纤光学技术领域，具体涉及一种大功率、低噪声随机光纤激光产生系统。

背景技术：

激光器源于原子体系受激辐射过程产生大量同态、超高简并度光子态，进而实现方向性好、单色性高的高相干性、高亮度激光输出的系统。一般而言，激励源、激光工作物质、谐振腔是构成激光器的三大要素。其中：激励源作为抽运光抽运激光工作物质实现粒子数反转，谐振腔实现自激振荡和增益大于损耗条件，实现激光起振。针对光纤激光器而言，半导体激光器、固体激光器、光纤激光器等不同类型激光器均可作为光纤激光器的激励源。谐振腔一般可由光纤光栅、sagnac环等反馈器件构成，也可以由动态随机光栅、随机瑞利散射等随机过程提供反馈。激光工作物质为提供放大增益的二维波导光纤，可以是包含实能级的掺镱光纤、掺饵光纤、饵-镱共掺光纤、掺铥光纤、掺钬光纤等不同掺稀土离子增益光纤，也可以是包含虚能级的非线性增益光纤。利用上述产生机制，可以实现掺镱光纤激光器、掺饵光纤激光器、饵-镱共掺光纤激光器、掺铥光纤激光器、掺钬光纤激光器、拉曼光纤激光器、布里渊光纤激光器、超荧光光源、随机光纤激光器等不同类型的光纤光源。

与其他类型光纤激光器相比，随机拉曼光纤激光器利用虚能级分布式拉曼增益和随机反馈实现光放大，在输出激光性能提升上具有特殊优势。具体而言，随机拉曼光纤激光器中的放大增益由分布式拉曼放大过程提供，激射波长无需受掺杂离子发射波长的约束，且不存在掺稀土离子光纤在放大过程中粒子数反转导致的空间烧孔效应，具备向大功率、超宽波长范围发展的巨大潜力。此外，在随机拉曼光纤激光器中，输出端无需固定的反馈器件，实现结构简单，可有效避免输出端反馈器件滤波特性导致的激光器时域起伏，是实现低噪声光纤激光输出的有效途径。

在随机拉曼光纤激光器中，为了抑制模间四波混频对光谱纯度的影响，提供足够的分布式反馈和放大增益，一般需采用纤芯较小的光纤且光纤长度一般在百米量级以上。因此，高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光会严重影响系统向大功率发展。为了克服上述问题，研究人员提出采用双芯光纤、锥形光纤等新型光纤设计抑制随机拉曼光纤激光器中的高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光产生。然而，依赖于新型光纤设计的高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光抑制方法技术复杂度高、实现难度大、成本高昂。此外，同时兼顾高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声抑制的大功率随机拉曼光纤激光器仍未见报道。因此，综合兼顾高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声抑制，提出实现大功率、低噪声随机光纤激光新的有效技术手段具有重要的科学意义和现实需要。

技术实现要素：

针对现有强激光和非线性光纤光学技术领域中存在的不足，本实用新型基于随机拉曼光纤激光器中激励源噪声传递特性，提出一种随机光纤激光产生系统，本实用新型采用时域稳定激励源泵浦随机拉曼光纤激光器，抑制高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出，为多点探测、光纤传感、光学成像等领域光纤光源设计提供新思路。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是：

一种随机光纤激光产生系统，包括激励光产生子系统以及随机光纤激光器谐振腔；

激励光产生子系统产生两路时域稳定的激励光；两路时域稳定的激励光分别从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔中，随机光纤激光器谐振腔产生随机光纤激光并输出。

本实用新型中，激励光产生子系统包括激励源种子、全光纤分束器阵列、激励源种子放大阵列、激励光合束阵列和激励-信号合束模块；

激励源种子产生时域稳定的单频光纤激光或多单频光纤激光；

全光纤分束器阵列将激励源种子发出的激光分为2n路子激光；

激励源种子放大阵列，激励源种子放大阵列包括两个放大子模块，每个放大子模块均包含n路全光纤放大器，分别用于对n路子激励激光的功率放大；

激励光合束阵列，激励光合束阵列包含两个全光纤激励光合束器，每个全光纤激励光合束器将n路功率放大后的激励光合成为一束高功率激励光输出；

激励-信号合束模块，由两个全光纤激励-信号合束器构成；经两个全光纤激励光合束器合成输出的两路高功率激励光分别经过两个全光纤激励-信号合束器的激励光入射端从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔中。

本实用新型中随机光纤激光器谐振腔可采用全开腔随机光纤激光器谐振腔，全开腔随机光纤激光器谐振腔仅包含增益-反馈光纤。增益-反馈光纤同时提供分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光产生。具体地，全光纤激励光合束器输出的激励光中心波长为λ0，增益-反馈光纤其基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量为δλ，在随机光纤激光产生过程中，中心波长为λ0的激励光充当中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的产生和放大，其中λ1＝λ0+δλ。

随机光纤激光器谐振腔也可采用半开腔随机光纤激光器谐振腔，半开腔随机光纤激光器谐振腔同时包含辅助反馈模块和增益-反馈光纤。在半开腔随机光纤激光器谐振腔中，在激励光的抽运下，辅助反馈模块提供前向端面的辅助反馈，增益-反馈光纤提供分布式拉曼放大增益和随机瑞利散射反馈，同两者共同作用实现随机光纤激光输出。具体地，辅助反馈模块由k个反馈器件构成，第i个反馈器件的反射峰对应中心波长为λ0的激励光的第i阶拉曼斯托克斯随机光纤激光峰，其中1≤i≤k；设全光纤激励光合束器输出的激励光中心波长为λ0，增益-反馈光纤其基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量为δλ，则第i阶拉曼斯托克斯随机光纤激光峰位于λi＝λi-1+δλ(1≤i≤k)处。中心波长为λ0的激励光首先通过第1个反馈器件以及增益-反馈光纤提供的分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光，其中λ1＝λ0+δλ；经放大的中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过第2个反馈器件以及增益-反馈光纤提供的分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈进一步转换为中心波长为λ2的2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光，其中λ2＝λ1+δλ；依次递推，经放大的中心波长为λk-1的k-1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过第k个反馈器件以及增益-反馈光纤提供的分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光，其中λk-1＝λk-2+δλ，λk＝λk-1+δλ。

其中，反馈器件是光纤光栅或sagnac环或者随机动态光纤光栅。

由于随机光纤激光产生的增益由增益-反馈光纤中的分布式拉曼增益提供，因此辅助反馈模块的反射峰应对应于激励光中心波长的各阶拉曼斯托克斯峰。具体而言，激励光中心波长为λ0，若通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大，则辅助反馈模块可仅采用一个对中心波长为λ1的激光实现高反射的反馈器件即可，其中λ1＝λ0+δλ，δλ为增益-反馈光纤基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量。若通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大，则辅助反馈模块可由一个对中心波长为λ1到λk的激光实现高反射的反馈器件或随机反馈器件构成，也可由k个分别对λ1、λ2…..λk激光实现高反射的反馈器件或随机反馈器件级联构成。其中，λi＝λi-1+δλ(1≤i≤k)，δλ为增益-反馈光纤基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量。

本实用新型所述的随机光纤激光器谐振腔中，增益-反馈光纤的基质材料选择多样，可以是二氧化硅硬玻璃基质材料，也可以是硅酸盐、磷酸盐、硫化物等软玻璃机制材料。

本实用新型中，激励-信号合束模块两个全光纤激励-信号合束器的信号输出端构成随机光纤激光产生系统的输出端口模块。随机光纤激光器谐振腔产生的随机光纤激光经过输出端口模块后导出到自由空间。

本实用新型中，激励源种子产生时域稳定的单频光纤激光或多单频光纤激光，可以是由时域稳定的单频激光器产生的时域稳定的单频光纤激光或者由时域稳定的单频激光器经外部相位调制产生的时域稳定的多单频激光或者由多个不同波长时域稳定的单频激光器合束产生的时域稳定的多单频激光。

其中：时域稳定的单频激光器可以是经光纤耦合输出的固体激光器，或者经光纤耦合输出的半导体激光器，或者分布式布拉格反射型单频光纤激光器，或者分布式反馈型单频光纤激光器，或者环形腔单频光纤激光器等单频光纤激光器。

若激励源种子为时域稳定的单频激光器经外部相位调制产生的时域稳定的多单频激光，则其实现方式如下：时域稳定的单频激光器输出光纤端接入光纤耦合型相位调制器件，对相位调制器件施加外部电学相位调制信号，可将单频激光展宽为多单频激光输出。光纤耦合型相位调制器件一般为电光调制器，电光调制器可以是铌酸锂材料、石墨烯材料或其他可实现电光调制的二维材料。施加的外部电学相位调制信号可以是正弦信号、白噪声信号、矩形脉冲信号、三角脉冲信号、双曲正割脉冲信号、二进制伪随机相位编码信号等。

若激励源种子为由多个不同波长时域稳定的单频激光器合束产生的时域稳定的多单频激光，则一般采用全光纤功率合束器或全光纤波分复用器将多个不同波长且时域稳定单频激光器合成为一束时域稳定的多单频激光输出。

本实用新型中，所述的全光纤分束器阵列将激励源种子输出的激光分成2n路子激光，全光纤分束器阵列实现方式不限，可以由一个1×2n的全光纤分束器构成，可以由一个1×2全光纤分束器和2个1×n全光纤分束器级联构成，也可以由其他分束比的多个全光纤分束器级联实现。全光纤分束器制作方法不限，可以是熔融拉锥法、也可以是膜片法。

本实用新型中，所述的激励源种子放大阵列用于实现n路子激励激光的功率放大，其包含两个放大子模块。每个放大子模块包含n路全光纤放大器。每一路全光纤放大器的放大级数不限，可以是单级全光纤放大器，也可以是多级级联全光纤放大器。激励源种子激光的波长范围在全光纤放大器可放大波长范围内即可。

本实用新型中，所述的激励光合束阵列将2n路放大后的激励光合成为两路高功率激励光，其包含两个全光纤激励光合束器，每个全光纤激励光合束器实现n路放大后激励光的合成。

本实用新型中，所述的激励-信号合束模块包含两个全光纤激励-信号合束器，用于将激励光耦合进随机光纤激光器谐振腔，并将随机光纤激光器谐振腔产生的激光导出。全光纤激励-信号合束器制作方法不限，可以是熔融拉锥法、也可以是膜片法。

本实用新型中，所述的输出端口模块由激励-信号合束模块两个全光纤激励-信号合束器的信号输出端构成。为了避免端面反馈对随机光纤激光器谐振腔产生影响，输出端口模块的两个输出端需采用斜角切割、光学镀膜等防反馈处理。

本实用新型中抑制高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光噪声，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出的关键在于：采用时域稳定的激励光，可有效抑制上述随机光纤激光产生过程中的噪声传递，进而提高高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的产生阈值，有效抑制输出激光的噪声水平，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出。具体体现在激励源种子产生时域稳定的单频光纤激光或多单频光纤激光。

目前，应用于随机光纤激光系统的激励源主要由光纤耦合输出的宽谱半导体激光器、宽谱光纤激光振荡器或宽谱超荧光光纤光源等实现。与现有技术中广泛应用的上述激励源相比，本实用新型采用的光纤耦合输出的单频激光可实现接近量子噪声极限的时域稳定输出，光纤耦合输出的单频激光经外部相位调制产生的多单频激光或多个不同波长光纤耦合输出的单频激光合束产生的多单频光纤激光时域噪声低，是充当大功率、低噪声随机光纤激光系统的理想激励源种子。

本实用新型将两路时域稳定的激励光分别从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔中，随机光纤激光器谐振腔在激励光的抽运下，依赖于分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光产生。其中，时域稳定是指激励光中没有自锁模脉冲、弛豫振荡脉冲和类湍流脉冲。其中：时域稳定的激励光的生成方法如下：时域稳定的单频激光或者多单频激光经分束、功率放大、合束后即生成时域稳定、大功率的激励光。

本实用新型中，所述的随机光纤激光器谐振腔有两种实现方式，一种为全开腔随机光纤激光器谐振腔，另一种为半开腔随机光纤激光器谐振腔。

第一种方案，随机光纤激光器谐振腔为全开腔随机光纤激光器谐振腔，全开腔随机光纤激光器谐振腔由增益-反馈光纤构成，在激励光的抽运下，增益-反馈光纤同时提供分布式拉曼放大增益和随机瑞利散射反馈，使得随机光纤激光在腔内起振和出光。

针对全开腔随机光纤激光器谐振腔，增益-反馈光纤同时提供分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光的产生；在该结构中，设激励光中心波长为λ0，增益-反馈光纤基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量为δλ，则通过分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈可实现中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大。该系统向大功率发展的主要受限因素为：当不断提升激励光注入功率时，中心波长为λ0的激励光功率会首先通过分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光。然而，当进一步提升激励光功率时，中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将通过分布式拉曼增益向更高阶中心波长为λ2(λ2＝λ1+δλ)的2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光转换，导致中心波长为λ1的随机光纤激光输出功率提升受限。在上述随机光纤激光产生过程中，由于中心波长为λ0的激励光时域噪声会在分布式拉曼放大和随机瑞利散射反馈的作用下传递到中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光，导致1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光时域噪声增强。由于中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光充当更高阶中心波长为λ2(λ2＝λ1+δλ)的2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，因此其时域噪声增强会使得2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的产生阈值明显降低，最终导致系统输出功率提升受限、输出激光噪声强。本实用新型采用时域稳定(即时域噪声超低)的激励光，可有效抑制上述随机光纤激光产生过程中的噪声传递，进而提高高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的产生阈值，有效抑制输出激光的噪声水平，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出。

第二种方案，随机光纤激光器谐振腔为半开腔随机光纤激光器谐振腔，半开腔随机光纤激光器谐振腔包括辅助反馈模块和增益-反馈光纤，在激励光的抽运下，辅助反馈模块提供前向端面的辅助反馈，增益-反馈光纤提供分布式拉曼放大增益和随机瑞利散射反馈，两者同时作用实现随机光纤激光的起振和出光。其中，辅助反馈模块的实现方式不限，可以是光纤光栅、sagnac环等反馈器件，也可以是随机动态光纤光栅等随机反馈器件。此外，辅助反馈模块还可以包含多个光纤光栅、sagnac环等反馈器件，通过多次利用分布式拉曼增益可实现不同波长的激光输出或多波长激光输出。

由于随机光纤激光产生的增益由增益-反馈光纤中的分布式拉曼增益提供，因此辅助反馈模块的反射峰应对应于激励光中心波长的各阶拉曼斯托克斯峰。具体而言，设激励光中心波长为λ0，若通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大，则辅助反馈模块可仅采用一个对中心波长为λ1的激光实现高反射的反馈器件即可，其中λ1＝λ0+δλ，δλ为增益-反馈光纤基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量。若通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大，则辅助反馈模块可由一个对中心波长为λ1到λk的激光实现高反射的反馈器件或随机反馈器件构成，也可由k个分别对λ1、λ2…..λk激光实现高反射的反馈器件或随机反馈器件级联构成。其中，λi＝λi-1+δλ(1≤i≤k)，δλ为增益-反馈光纤基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量。

针对半开腔随机光纤激光产生系统，谐振腔由辅助反馈模块和增益-反馈光纤构成。辅助反馈模块提供前向端面的辅助反馈，增益-反馈光纤提供分布式拉曼放大增益和随机瑞利散射反馈，实现随机光纤激光输出。若通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈最终实现中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大，则当不断提升激励光注入功率时，中心波长为λ0的激励光功率将首先通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光；经放大的中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈进一步转换为中心波长为λ2(λ2＝λ1+δλ)的2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光；依次递推，经放大的中心波长为λk-1(λk-1＝λk-2+δλ)的k-1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λk(λk＝λk-1+δλ)的k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光。然而，当进一步提升激励光功率时，中心波长为λk的k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将通过分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈向更高阶中心波长为λk+1(λk+1＝λk+δλ)的k+1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光转换，导致中心波长为λk的随机光纤激光输出功率提升受限。在上述随机光纤激光产生过程中，中心波长为λ0的激励光时域噪声会在分布式拉曼放大和随机瑞利散射反馈的作用下传递到中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光，导致1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光时域噪声增强。中心波长为λ1的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光充当中心波长为λ2(λ2＝λ1+δλ)的2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，因此其时域噪声会传递给2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光。依次递推，经放大的中心波长为λk-1(λk-1＝λk-2+δλ)的k-1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，因此其时域噪声会传递给第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光，导致第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光时域噪声增强。进而，第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光时域噪声的增强会使得更高阶中心波长为λk+1(λk+1＝λk+δλ)的k+1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光产生阈值明显降低，最终导致系统输出功率提升受限、输出激光噪声强。为了避免输出功率提升受限、输出激光噪声强，本实用新型采用时域稳定的激励光，可有效抑制上述随机光纤激光产生过程中的噪声传递，进而提高高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的产生阈值，有效抑制输出激光的噪声水平，实现大功率、低噪声随机光纤激光输出。

本实用新型在随机光纤激光器谐振腔中，增益-反馈光纤的基质材料选择多样，可以是二氧化硅硬玻璃基质材料，也可以是硅酸盐、磷酸盐、硫化物等软玻璃机制材料。

与现有技术相比，本实用新型能够产生以下技术效果：

1、本实用新型基于激励源时域噪声传递特性对高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光产生阈值和输出激光噪声特性的影响，提出采用时域稳定单频激光或多单频激光充当随机光纤激光系统的激励源，进而同时抑制高阶拉曼斯托克斯随机光纤激光和输出激光时域噪声，最终实现大功率、低噪声随机光纤激光输出的新技术方案。

2、本实用新型中，激励源种子实现方式多样，其中：时域稳定单频激光器可以是经光纤耦合输出的固体激光器，经光纤耦合输出的半导体激光器，或分布式布拉格反射型单频光纤激光器、分布式反馈型单频光纤激光器、环形腔单频光纤激光器等单频光纤激光器。若激励源种子为时域稳定单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光，则其实现方式如下：时域稳定单频激光器输出光纤端接入光纤耦合型相位调制器件，对相位调制器件施加外部电学相位调制信号，将时域稳定单频激光展宽为多单频激光输出。光纤耦合型相位调制器件一般为电光调制器，电光调制器材料可以是铌酸锂、石墨烯等。施加的外部电学相位调制信号可以是正弦信号、白噪声信号、矩形脉冲信号、三角脉冲信号、双曲正割脉冲信号、二进制伪随机相位编码信号等。若激励源种子为多个不同波长时域稳定单频激光器合束产生的时域稳定多单频激光，可采用全光纤功率合束器将多个不同波长时域稳定单频激光器合成为一束激光输出，也可采用全光纤波分复用器将多个不同波长时域稳定单频激光器合成为一束激光输出。

3、本实用新型中，全光纤分束器阵列实现方式不限，可以由一个1×2n的全光纤分束器构成，可以由一个1×2全光纤分束器和2个1×n全光纤分束器级联构成，也可以由其他分束比的多个全光纤分束器级联实现。

4、本实用新型中，辅助反馈模块的实现方式不限，可以是光纤光栅、sagnac环等反馈器件，也可以是随机动态光纤光栅等随机反馈器件。辅助反馈模块还可以包含多个反馈器件，通过多次利用辅助反馈、分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈可实现不同波长的大功率、低噪声随机光纤激光输出或大功率、低噪声、多波长随机光纤激光输出。

5、本实用新型中，增益-反馈光纤的基质材料选择多样，可以是二氧化硅硬玻璃基质材料，也可以是硅酸盐、磷酸盐、硫化物等软玻璃机制材料。

6、本实用新型可放大波长范围具备可拓展性：通过改变增益-反馈光纤的基质材料、激励源种子的中心波长或辅助反馈模块的反射峰，该方法既可用于近红外波段的随机光纤激光产生、也可用于中远红外波段或其他波段的随机光纤激光产生。

附图说明

图1为本实用新型的总体技术方案结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的结构示意图。

图3为本实用新型实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本实用新型的总体实施方式进行进一步的详细说明。

图1为本实用新型一种随机光纤激光产生系统的总体技术方案结构示意图，如图1所示，包括激励源种子1-1、全光纤分束器阵列1-2、激励源种子放大阵列1-3、激励光合束阵列1-4、激励-信号合束模块1-5、随机光纤激光器谐振腔1-6、输出端口模块1-7。

其中：激励源种子放大阵列1-3包含两个放大子模块1-3～1和1-3～2；放大子模块1-3～1中包含n路全光纤放大器1-3～1～1、1-3～1～2……1-3～1～n，放大子模块1-3～2中包含n路全光纤放大器1-3～2～1、1-3～2～2……1-3～2～n；激励光合束阵列1-4包含两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2；激励-信号合束模块1-5包含两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2；输出端口模块1-7包含前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2。

激励源种子1-1可以是(1)时域稳定单频激光器或(2)时域稳定单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光或(3)多个不同波长时域稳定单频激光器合束产生的时域稳定多单频激光。其中：时域稳定的单频激光器可以是经光纤耦合输出的固体激光器，经光纤耦合输出的半导体激光器，或分布式布拉格反射型单频光纤激光器、分布式反馈型单频光纤激光器、环形腔单频光纤激光器等单频光纤激光器。若激励源种子1-1为时域稳定的单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光，则其实现方式如下：时域稳定的单频激光器输出光纤端接入光纤耦合型相位调制器件，对相位调制器件施加外部电学相位调制信号，可将单频激光展宽为多单频激光输出。光纤耦合型相位调制器件一般为电光调制器，电光调制器可以是铌酸锂材料、石墨烯材料或其他可实现电光调制的二维材料。施加的外部电学相位调制信号可以是正弦信号、白噪声信号、矩形脉冲信号、三角脉冲信号、双曲正割脉冲信号、二进制伪随机相位编码信号等。若激励源种子1-1为时域稳定的多个不同波长单频激光器合束产生的多单频激光，则一般采用全光纤功率合束器或全光纤波分复用器将多个不同波长单频激光器合成为一束激光输出。

图1中，激励源种子1-1产生的时域稳定的单频激光或者多单频激光首先经过全光纤分束器阵列1-2后分为2n路子激光。经分束后的2n路子激光注入到激励源种子放大阵列1-3。激励源种子放大阵列1-3包含两个放大子模块1-3～1和1-3～2；放大子模块1-3～1中包含n路全光纤放大器1-3～1～1、1-3～1～2……1-3～1～n，放大子模块1-3～2中包含n路全光纤放大器1-3～2～1、1-3～2～2……1-3～2～n，用于对2n路子激励激光的功率放大。经激励源种子放大阵列1-3放大输出的激励光入射至激励光合束阵列1-4。激励光合束阵列1-4包含两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2，两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2分别将n路放大后的激励光合成为一束高功率激励光输出。激励-信号合束模块1-5由两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2构成。经激励光合束阵列1-4中的两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2合成输出的两路高功率激励光分别经过激励-信号合束模块1-5的两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2的激励光入射端从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔1-6中。随机光纤激光器谐振腔1-6在激励光的抽运下，依赖于分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光产生。激励-信号合束模块1-5两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2的信号输出端构成随机光纤激光产生系统的输出端口模块1-7。输出端口模块1-7包含前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2。随机光纤激光器谐振腔1-6产生的激光分别经过前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2后导出到自由空间。

下面结合附图2，对全开腔大功率、低噪声随机光纤激光产生系统的具体实施方式进行进一步的详细说明。

图2为全开腔大功率、低噪声随机光纤激光产生系统结构示意图，如图2所示，包括激励源种子1-1、全光纤分束器阵列1-2、激励源种子放大阵列1-3、激励光合束阵列1-4、激励-信号合束模块1-5、随机光纤激光器谐振腔1-6、输出端口模块1-7。

其中：激励源种子放大阵列1-3包含两个放大子模块1-3～1和1-3～2；放大子模块1-3～1中包含n路全光纤放大器1-3～1～1、1-3～1～2……1-3～1～n，放大子模块1-3～2中包含n路全光纤放大器1-3～2～1、1-3～2～2……1-3～2～n；激励光合束阵列1-4包含两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2；激励-信号合束模块1-5包含两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2；随机光纤激光器谐振腔1-6仅由增益-反馈光纤1-6-1构成；输出端口模块1-7包含前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2。

激励源种子1-1可以是(1)时域稳定单频激光器或(2)是与稳定单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光或(3)多个不同波长时域稳定单频激光器合束产生的时域稳定多单频激光。其中：时域稳定的单频激光器可以是经光纤耦合输出的固体激光器，经光纤耦合输出的半导体激光器，或分布式布拉格反射型单频光纤激光器、分布式反馈型单频光纤激光器、环形腔单频光纤激光器等单频光纤激光器。若激励源种子1-1为时域稳定的单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光，则其实现方式如下：时域稳定的单频激光器输出光纤端接入光纤耦合型相位调制器件，对相位调制器件施加外部电学相位调制信号，可将单频激光展宽为多单频激光输出。光纤耦合型相位调制器件一般为电光调制器，电光调制器可以是铌酸锂材料、石墨烯材料或其他可实现电光调制的二维材料。施加的外部电学相位调制信号可以是正弦信号、白噪声信号、矩形脉冲信号、三角脉冲信号、双曲正割脉冲信号、二进制伪随机相位编码信号等。若激励源种子1-1为时域稳定的多个不同波长单频激光器合束产生的多单频激光，则一般采用全光纤功率合束器或全光纤波分复用器将多个不同波长单频激光器合成为一束激光输出。

图2中，激励源种子1-1首先经过全光纤分束器阵列1-2后分为2n路子激光。经分束后的2n路子激光注入到激励源种子放大阵列1-3。激励源种子放大阵列1-3包含两个放大子模块1-3～1和1-3～2；放大子模块1-3～1中包含n路全光纤放大器1-3～1～1、1-3～1～2……1-3～1～n，放大子模块1-3～2中包含n路全光纤放大器1-3～2～1、1-3～2～2……1-3～2～n，用于对2n路子激励激光的功率放大。经激励源种子放大阵列1-3放大输出的激励光入射至激励光合束阵列1-4。激励光合束阵列包含两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2，两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2分别将n路放大后的激励光合成为一束高功率激励光输出。激励-信号合束模块1-5由两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2构成。经激励光合束阵列1-4中的两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2合成输出的两路高功率激励光分别经过激励-信号合束模块1-5的两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2的激励光入射端从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔1-6中。随机光纤激光器谐振腔1-6仅由增益-反馈光纤1-6-1构成。增益-反馈光纤1-6-1同时提供分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现随机光纤激光产生；具体而言，激励光中心波长为λ0，增益-反馈光纤基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量为δλ，在随机光纤激光产生过程中，中心波长为λ0的激励光充当中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈实现中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的产生和放大。激励-信号合束模块1-5的两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2的信号输出端构成随机光纤激光产生系统的输出端口模块1-7。输出端口模块1-7包含前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2。随机光纤激光器谐振腔1-6产生的激光分别经过前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2后导出到自由空间。

下面结合附图3，对半开腔大功率、低噪声随机光纤激光产生系统的具体实施方式进行进一步的详细说明。

图3为半开腔大功率、低噪声随机光纤激光产生系统结构示意图，如图3所示，包括激励源种子1-1、全光纤分束器阵列1-2、激励源种子放大阵列1-3、激励光合束阵列1-4、激励-信号合束模块1-5、随机光纤激光器谐振腔1-6、输出端口模块1-7。

其中：激励源种子放大阵列1-3包含两个放大子模块1-3～1和1-3～2；放大子模块1-3～1中包含n路全光纤放大器1-3～1～1、1-3～1～2……1-3～1～n，放大子模块1-3～2中包含n路全光纤放大器1-3～2～1、1-3～2～2……1-3～2～n；激励光合束阵列1-4包含两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2；激励-信号合束模块1-5包含两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2；随机光纤激光器谐振腔1-6由辅助反馈模块1-6～2和增益-反馈光纤1-6～1构成。辅助反馈模块1-6～2包含k个反馈器件1-6～2～1、1-6～2～2……1-6～2～k-1、1-6～2～k；第i(1≤i≤k)个反馈器件的反射峰对应中心波长为λ0的激励光的第i阶拉曼斯托克斯随机光纤激光峰；每个反馈器件可以是光纤光栅、sagnac环或随机动态光纤光栅。输出端口模块1-7包含前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2。

激励源种子1-1可以是(1)时域稳定单频激光器或(2)时域稳定单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光或(3)多个不同波长时域稳定单频激光器合束产生的时域稳定多单频激光。其中：时域稳定的单频激光器可以是经光纤耦合输出的固体激光器，经光纤耦合输出的半导体激光器，或分布式布拉格反射型单频光纤激光器、分布式反馈型单频光纤激光器、环形腔单频光纤激光器等单频光纤激光器。若激励源种子1-1为时域稳定的单频激光器经外部相位调制产生的多单频激光，则其实现方式如下：时域稳定的单频激光器输出光纤端接入光纤耦合型相位调制器件，对相位调制器件施加外部电学相位调制信号，可将单频激光展宽为多单频激光输出。光纤耦合型相位调制器件一般为电光调制器，电光调制器可以是铌酸锂材料、石墨烯材料或其他可实现电光调制的二维材料。施加的外部电学相位调制信号可以是正弦信号、白噪声信号、矩形脉冲信号、三角脉冲信号、双曲正割脉冲信号、二进制伪随机相位编码信号等。若激励源种子1-1为时域稳定的多个不同波长单频激光器合束产生的多单频激光，则一般采用全光纤功率合束器或全光纤波分复用器将多个不同波长单频激光器合成为一束激光输出。

图3中，激励源种子1-1首先经过全光纤分束器阵列1-2后分为2n路子激光。经分束后的2n路子激光注入到激励源种子放大阵列1-3。激励源种子放大阵列1-3包含两个放大子模块1-3～1和1-3～2；放大子模块1-3～1中包含n路全光纤放大器1-3～1～1、1-3～1～2……1-3～1～n，放大子模块1-3～2中包含n路全光纤放大器1-3～2～1、1-3～2～2……1-3～2～n，用于对2n路子激励激光的功率放大。经激励源种子放大阵列1-3放大输出的激励光入射至激励光合束阵列1-4。激励光合束阵列包含两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2，全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2分别将n路放大后的激励光合成为一束高功率激励光输出。激励-信号合束模块1-5由两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2构成。经激励光合束阵列1-4中的两个全光纤激励光合束器1-4～1和1-4～2合成输出的两路高功率激励光分别经过激励-信号合束模块1-5的两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2的激励光入射端从前向和后向注入到随机光纤激光器谐振腔1-6中。随机光纤激光器谐振腔1-6由辅助反馈模块1-6～2和增益-反馈光纤1-6～1构成。辅助反馈模块1-6～2包含k个反馈器件1-6～2～1、1-6～2～2……1-6～2～k；第i(1≤i≤k)个反馈器件的反射峰对应中心波长为λ0的激励光的第i阶拉曼斯托克斯随机光纤激光峰；设激励光中心波长为λ0，增益-反馈光纤1-6～1基质材料对应的拉曼斯托克斯随机光纤激光在波长域的频移量为δλ，则第i(1≤i≤k)阶拉曼斯托克斯随机光纤激光峰位于λi＝λi-1+δλ(1≤i≤k)处。此外，每个反馈器件可以是光纤光栅、sagnac环或随机动态光纤光栅。需要说明的是辅助反馈模块1-6～2也可由一个同时对中心波长为λ1到λk的激光实现高反射的反馈器件或随机反馈器件构成。辅助反馈模块1-6～2提供前向端面的辅助反馈，增益-反馈光纤1-6～1提供分布式拉曼放大增益和随机瑞利散射反馈，两者共同作用实现随机光纤激光输出。具体而言，若想最终实现中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的放大，则中心波长为λ0的激励光功率将首先通过第1个反馈器件1-6～2～1、增益-反馈光纤1-6～1提供的分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光；经放大的中心波长为λ1(λ1＝λ0+δλ)的1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过第2个反馈器件1-6～2～2、增益-反馈光纤1-6～1提供的分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈进一步转换为中心波长为λ2(λ2＝λ1+δλ)的2阶拉曼斯托克斯随机光纤激光；依次递推，经放大的中心波长为λk-1(λk-1＝λk-2+δλ)的k-1阶拉曼斯托克斯随机光纤激光将作为中心波长为λk的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光的抽运光，通过第k个反馈器件1-6～2～k、增益-反馈光纤1-6～1提供的分布式拉曼增益和随机瑞利散射反馈转换为中心波长为λk(λk＝λk-1+δλ)的第k阶拉曼斯托克斯随机光纤激光。激励-信号合束模块1-5的两个全光纤激励-信号合束器1-5～1和1-5～2的信号输出端构成随机光纤激光产生系统的输出端口模块1-7。输出端口模块1-7包含前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2。随机光纤激光器谐振腔1-6产生的激光分别经过前输出端口1-7～1和后输出端口1-7～2后导出到自由空间。

以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。